ВОЗДУШНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ КИСЛОРОДНО-ВОДОРОДНОЙ СМЕСИ
AIR COOLER OF OXYGEN-HYDROGEN MIXTURE

Изобретение относится к теплообменникам, в частности к воздушным охладителям кислородо-водородной смеси для газопламенной обработки металлов, полученной электролизом воды в электролизно-водном генераторе.
Полученная электролизом кислородно-водородная смесь содержит значительное количество водяного пара, который частично конденсируется на пути газа к горелке или резаку. Образующиеся капли воды, попадая в горелку или резак, препятствуют качественной газопламенной обработке материалов. Поэтому многие электролизно-водные генераторы снабжены охладителями для осушения кислородно-водородной смеси.
(Корж В.П., Дыхно С.Л. Обработка металлов водород-кислородным пламенем, Киев, Техника, 1985, 64 с.)
Однако охладители задерживают только крупные капли, а мелкие капли и пары воды проходят через них беспрепятственно. Поэтому для получения качественной сухой водородно-кислородной смеси охладитель должен удовлетворять следующим трем требованиям:
- сохранять герметичность при давлении не менее 5,5 МПа, если в нем взорвется кислородно-водородная смесь;
- обеспечивать беспрепятственное вытекание конденсата;
- быть компактным.
Требование герметичности при 5,5 МПа обусловлено следующим. При взрыве газовой смеси в аппарате с рабочим давлением 0,5 МПа давление возрастает примерно до 3,5 МПа. Из-за высокой скорости нарастания давления при взрыве необходим полуторный запас прочности.
Известные теплообменники, в частности кожухотрубные охладители, не удовлетворяют этим требованиям.
Наиболее близким по назначению и достигаемому техническому результату, является спиральный теплообменник-охладитель перекрестного типа, предназначенный для теплообмена между паром и жидкостью
(Антикайн П.А., Аронович М.С, Бакластов A.M. Рекуперативные теплообменные аппараты. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962 г. - стр.15). Это вертикальный теплообменник с двумя сфероидальными или коническими крышками и одним глухим каналом. В нем потоки теплоносителей взаимно перпендикулярны (перекрестно направлены). Конденсат из такого теплообменника будет вытекать свободно, если поток охлаждаемого влажного газа направить вертикально сверху вниз.
Однако известная конструкция не может быть использована в качестве охладителя кислородно-водородной смеси, поскольку он не выдерживает давления при взрыве газа. Общий недостаток всех спиральных теплообменников: давление на стенки спирального канала (неважно - изнутри или снаружи) подвергает их поперечному изгибу, прогибает стенку канала и тем самым перекрывает поток той части теплоносителя, которая находится под меньшим давлением. Устранить прогиб стенки канала за счет увеличения ее толщины реально удается лишь при давлениях примерно до 1 МПа, что недостаточно (как отмечено выше, стенка канала не должна прогибаться при 5,5 МПа).
Целью изобретения и его техническим результатом является воздушный охладитель кислородно-водородной смеси после ее получения электролизом в электролизно-водном генераторе, обеспечивающий эффективное охлаждение и осушение полученной газовой смеси, а также обеспечивающий герметичность внутреннего объема при внутреннем давлении 5,5 МПа (взрыв охлаждаемой газовой смеси)
Технический результат достигается тем, что воздушный охладитель кислородно-водородной смеси, полученной в электролизно-водном генераторе, содержит трубу-обечайку, в которой установлен внутренний коллектор для удаления конденсата, выполненный в виде трубы с пазом, а также две стальные полосы, сваренные вдоль обеих длинных и одной из коротких сторон и образующие спиральный канал, при этом не сваренные между собой короткие концы полос приварены к стенке трубы коллектора, и стальной гофрированный лист, расположенный в спиральном канале с образованием каналов для продувания воздуха, гофры которого параллельны оси спирали, образованной стальными полосами, штуцер для поступления и выхода из спирального канала кислородно-водородной смеси, прикрепленный к спирали, образованной стальными полосами, и фланец со шпильками для крепления охладителя на электролизно-водном генераторе.
Спиральный канал с горизонтальной плоскостью спирали вставлен в жесткую трубу-обечайку, а пространство между витками канала заполнено гофрированным листом, выступы-выемки которого направлены вертикально. Ширина гофрированного листа и длина обоймы - не меньше высоты спирального канала. Охлаждаемая кислородно-водородная смесь проходит по спиральному каналу, и конденсат, образующийся в спирали, стекает во внутренний коллектор и через его нижний торец вытекает из охладителя.
При увеличении давления внутри спирального канала гофрированный лист не дает стенке канала прогнуться и передает давление на трубу-обечайку. Поэтому предельное давление, которое может выдержать, не прогибаясь, стенка такого охладителя определяется не жесткостью самой стенки, а прочностью трубы-обечайки и устойчивостью стенок гофр (они подвержены продольному изгибу).
Для пояснения устройства по изобретению на фиг.1 изображен разрез охладителя по вертикали, а на фиг.2 - то же по горизонтали. Как видно из фиг.1, охладитель состоит из трубы-обечайки внутреннего коллектора 1 с пазом 2 в его стенке, фланца 3 со шпильками (не обозначены) для крепления охладителя на электролизно-водном генераторе (не изображен), спирального канала 4. Между витками спирального канала 4 вставлен гофрированный лист 5 (фиг.2), выступы-выемки которого (не обозначены) параллельны оси спирали. Труба-обечайка 6 (фиг.2) охватывает всю сборку, включающую коллектор 1, спиральный канал 4 со штуцером 7 для входа или выхода водородно-кислородной смеси и гофрированный лист 5 с каналами 8 для охлаждающего воздуха.
Спиральный канал 4 (фиг.1) образован двумя полосами листовой стали, сваренными вдоль обеих длинных и одной из коротких сторон. Не сваренные между собой короткие концы полос приварены к стенке трубы 1, являющейся внутренним коллектором охладителя, по обе стороны продольного паза 2 в ней. К внешнему концу спирали прикреплен штуцер 7, через который газ может выходить из спирали или поступать в нее,
При работе электролизно-водного генератора вентилятор, продувает охлаждающий воздух по каналам 8 между гофрированным листом 5 и спиральным каналом 4, а кислородно-водородная смесь из генератора поступает в трубу 1, проходит по спиральному каналу 4 и выходит наружу через штуцер 7. Газовую смесь по спиральному каналу можно пропускать и в обратном направлении - из штуцера 7 во внутренний коллектор 1. Конденсат, образующийся в спиральном канале, стекает через прорезь 2 в трубу 1 и через ее нижний торец вытекает из охладителя.
Была изготовлена опытная партия воздушного охладителя по изобретению со спиральным каналом и гофрированным листом из листовой стали 08Х18Н10Т толщиной 0,5 мм, при расстоянии между стенками канала и между витками - 3 мм (фиг.1). Охлаждающий воздух подавали осевым вентилятором, установленным непосредственно на охладителе. Высота канала составила 110 мм. При производительности электролизно-водного генератора по кислородно-водородной смеси 2000 л/ч, охладитель по изобретению обеспечивал снижение температуры гремучего газа до величины не более чем на 4°C превышающей температуру окружающего воздуха.
После испытания устойчивости спиральных каналов к воздействию гидравлического давления 80 атм деформаций, видимых невооруженным глазом, не было обнаружено. Разрушающее давление изготовленных образцов охладителей превышало 120 атм.