УТИЛИЗАТОР ТЕПЛА С КИПЯЩИМ СЛОЕМ ИНЕРТНОЙ НАСАДКИ
HEAT RECOVERY UNIT WITH BOILING BED OF INERT HEAD

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 №2612485, 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 в утилизаторе тепла с кипящим слоем инертной насадки, содержащим металлический корпус, сепаратор, распределитель воды, форсунки, подвижную инертную насадку, поддон и опорную решетку, причем в корпусе дополнительно размещен направляющий аппарат и поплавковый клапан, а на опорной решетке установлен вибратор, подвижная инертная насадка выполнена в виде цилиндрического кольца, на боковой, внутренней поверхности которого закреплены перегородки в виде перпендикулярных оси кольца шайб с отверстиями, оси которых асимметричны оси кольца, или подвижная инертная насадка выполнена в виде вписываемого в окружность блока, состоящего из семи связанных между собой боковыми гранями шестигранных параллелепипедов без верхнего и нижнего оснований, или подвижная инертная насадка выполнена в виде связанных между собой винтовых спиралей, вписываемых в сферическую поверхность с центром, лежащим на оси соединения спиралей, или подвижная инертная насадка выполнена в виде, по крайне мере двенадцати, соединенных в блок трехлопастных пропеллеров, проекция которых на плоскость чертежа вписывается в окружность с центром, совпадающим с центром одного из них, а форсунка форсуночной системы орошения выполнена в виде вихревой форсунки, содержащей корпус с камерой завихрения и сопло, корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой, а в нижней части смесительной камеры сопла закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности смесительной камеры, а на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена винтовая нарезка.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой установки, на фиг. 2 - общий вид форсунки, на фиг. 3-10 - варианты выполнения формы подвижной инертной насадки 4.
Утилизатор тепла с кипящим слоем инертной насадки 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 включает в себя форсунку (фиг. 2), которая включает в свой состав корпус 11, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 13, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 12 с внутренней резьбой 15. В цилиндрической гильзе 12 расположена расширительная камера 14, соосная корпусу. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 12 посредством резьбы 15 сопло 16, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 17 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 19 и 20, расположенных в торцевой поверхности сопла 16, образованной его днищем 17. В торцевой поверхности сопла 16 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 18, соединенное со смесительной камерой 11 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 22. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 19 и 20, взятые в совокупности, и центрального отверстия 18 равны между собой.
В нижней части смесительной камерой 21 сопла закреплен полый конический завихритель 25, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 23, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке (на чертеже не показано), выполненной на внутренней поверхности смесительной камеры 21. На внешней поверхности полого конического завихрителя 25 выполнена винтовая нарезка 24.
Вихревая форсунка работает следующим образом.
Распыляемая жидкость поступает в корпус 11 через центральное отверстие 13, затем в расширительную камеру 14, соосную корпусу 11. После камеры 14 жидкость направляется к соплу 16, где распределяется по нескольким направлениям: первое - по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 18 в смесительную камеру 21, а второе - в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 19 и 20, также соединенных со смесительной камерой 21 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 22, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.
Утилизатор тепла с кипящим слоем инертной насадки 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.
2
2
2
2
2
2
2
При номинальной производительности аппарата и давлении воды перед форсункой 98 кПа насадка 4 неподвижна при массовой скорости воздуха до 2,7…2,9 кг/(м×с), а при увеличении этой скорости до 3…3,1 кг/(м×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/(м×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/(м×с), 0,2 кПа - при 3 кг/(м×с) и 0,35 кПа - при 4 кг/(м×с). Размеры аппарата 0,65× ×0,65×1,9 м, площадь живого сечения в рабочей зоне 0,42 м.
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 инертной 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 инертной насадки (фиг. 4) в виде шара, на поверхности которого выполнены несквозные отверстия полусферической формы (на чертеже не показано). Возможно выполнение формы подвижной инертной насадки (фиг. 5) в виде кольца на внешней поверхности которого выполнена винтовая поверхность по типу пластинчатого шнека. Возможно выполнение формы подвижной инертной насадки (фиг. 6) в виде, по крайне мере, трехлопастного пропеллера.
Возможно выполнение подвижной инертной насадки 4 (фиг. 7) в виде цилиндрического кольца, на боковой, внутренней поверхности которого закреплены перегородки в виде перпендикулярных оси кольца шайб с отверстиями, оси которых асимметричны оси кольца.
Возможно выполнение подвижной инертной насадки 4 (фиг. 8) в виде вписываемого в окружность блока, состоящего из семи связанных между собой боковыми гранями шестигранных параллелепипедов без верхнего и нижнего оснований.
Возможно выполнение подвижной инертной насадки 4 (фиг. 9) в виде связанных между собой винтовых спиралей, вписываемых в сферическую поверхность с центром, лежащим на оси соединения спиралей.
Возможно выполнение подвижной инертной насадки 4 (фиг. 10) в виде, по крайне мере двенадцати, соединенных в блок трехлопастных пропеллеров, проекция которых на плоскость чертежа вписывается в окружность с центром, совпадающим с центром одного из них.