УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОМАССОЭНЕРГООБМЕНА
HEAT AND MASS ENERGY EXCHANGE DEVICE

Изобретение относится к устройствам для тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения акустическим, например ультразвуковым, способом.
Известно устройство интенсификации тепломассоэнергообмена, содержащее напорную продуктовую камеру, по меньшей мере две вихревые трубы, сообщенные между собой с помощью частичного пересечения их по образующим и объединенные на выходе акустической камерой. Вихревые трубы, направленные по ходу течения продукта, расположены по окружности и каждая состоит из входной вихреформирующей части, переходной части и выходной вихревзаимодействующей части, при этом вихреформирующие части вихревых труб выполнены раздельными между собой и сообщены тангенциальными пазами с центральной камерой, расположенной по осевой, и с кольцевой камерой, расположенной снаружи вихреформирующих частей вихревых труб, переходные части вихревых труб выполнены коническими с вершинами, обращенными к вихреформирующим частям, а вихревзаимодействующие части вихревых труб частично пересечены по образующим друг с другом и с акустической выходной камерой, расположенной по осевой [Патент РФ №2310503, кл. B01J 19/10, опубл. 20.11.2007].
Недостатки этого устройства заключаются в том, что наличие переходной части вихревых труб, выполненных коническими с вершинами, обращенными к вихреформирующим частям, снижает тангенциальную скорость, а это уменьшает сдвиговые напряжения трущихся вихревых потоков в вихревзаимодействующие части вихревых труб, что в свою очередь приводит к снижению кавитационной деструкции агрегатного состояния продукта и снижает интенсивность тепломассоэнергообмена. Кроме того, длина вихреформирующих и вихревзаимодействующих частей вихревых труб выбрана произвольно, что не соответствует оптимальным условиям создания максимально интенсивного тепломассоэнергообмена.
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является устройство для тепломассоэнергообмена, содержащее по меньшей мере две вихревые трубы, сообщенные между собой с помощью частичного пересечения их по образующим, а затем объединенные общей акустической камерой [Патент РФ №2 268 772, кл. B01F 11/02, опубл. 27.01.2006 г.].
Недостаток данного устройства заключается в том, что в нем предусмотрена лишь вихревзаимодействующая часть, что не дает возможность формирования устойчивых тангенциально закрученных потоков и, как следствие, снижает эффективность тепломассоэнергообмена устройства. Кроме того, в устройстве не предусмотрено регулирование объема вихревзаимодействующей части вихревых труб.
Изобретение направлено на повышение эффективности тепломассоэнергообмена устройства за счет создания вихреформирующей части и обеспечения регулирования объема вихревзаимодействующей части вихревых труб.
Это достигается тем, что в устройстве для тепломассоэнергообмена, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, размещенной в корпусе вихревой камерой с вихревыми трубами, снабженными тангенциальными каналами и закрытыми крышкой, при этом корпус с входным патрубком образует продуктовую камеру, а с выходным патрубком - акустическую камеру, согласно изобретению крышка выполнена П-образной в поперечном сечении, при этом между боковой стенкой крышки и корпусом образована кольцевая камера, которая сообщена с продуктовой камерой и тангенциальными каналами, а в месте пересечения вихревых труб установлена с возможностью осевого перемещения перегородка.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для тепломассоэнергообмена; на фиг. 2 - то же, в разрезе.
Устройство для тепломассоэнергообмена содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. В корпусе 1 размещена вихревая камера 4 с вихревыми трубами 5 и 6, закрытыми П-образной в поперечном сечении крышкой 7. При этом корпус 1 с входным патрубком 2 образует продуктовую камеру 8, а с выходным патрубком 3 - акустическую камеру 9. Между боковой стенкой П-образной крышки и корпусом 1 образована кольцевая камера 10, сообщенная с продуктовой камерой 8. Вихревые трубы 5 и 6 соединены тангенциальными каналами 11 с кольцевой камерой 10. В месте пересечения вихревых труб 5 и 6 установлена с возможностью осевого перемещения перегородка 12, которая образует в вихревых трубах 5 и 6 вихреформирующие зоны.
Устройство работает следующим образом.
Продукт под давлением подают по входному патрубку 2 в напорную продуктовую камеру 8, которая распределяет его в кольцевую камеру 10. По тангенциальным каналам 11 продукт входит в виде струйных истечений в вихреформирующие зоны, образованные вихревыми трубами 5 и 6 и перегородкой 12, и закручивается в виде вихревых спиралевидных потоков. В этой зоне вихревых труб происходит выравнивание скоростей потоков, формирование стабильных и равнозначных по гидродинамическим режимам раздельных вихрей. Раздельные вихри в своем дальнейшем передвижении по спиралеобразной траектории попадают в вихревзаимодействующие зоны, не ограниченные перегородкой 12, т.е. в пространство, где вихревые трубы сообщены друг с другом, образуя зону вихревзаимодействия. В результате этого происходит акустическое возбуждение продукта - ультразвуковая кавитация, что ведет, в итоге, к деструкции агрегатного состояния продукта и активизации химических связей. Длительность и мощность акустического возбуждения зависят от объема зоны вихревзаимодействия, которое регулируется подвижной перегородкой 12 путем ее продольного (осевого) перемещения. На выходе из вихревзаимодействующих зон вихревых труб 5 и 6 в результате их частичного пересечения по образующим происходит возбуждение при разрушении вихрей в полости акустической камеры 9, т.е. происходит концентрация энергии в ограниченном пространстве. Это обстоятельство увеличивает эффективность тепломассоэнергообмена, ускоряет процессы физико-химических превращений. Обработанный продукт выводят на использование через выходной патрубок 3. Регулируя объем вихревзаимодействующих зон с помощью подвижной перегородки 12, обеспечивают создание оптимального режима интенсивного тепломассоэнергообмена в зависимости от давления и реологических свойств обрабатываемой среды.
Как видно, предлагаемое устройство обеспечивает создание вихреформирующей зоны и дает возможность регулировать объем вихревзаимодействующей зоны вихревых труб и в итоге повышает по сравнению с прототипом эффективность тепломассоэнергообмена.
Таким образом, использование предлагаемого устройства для тепломассоэнергообмена позволит регулировать и подбирать оптимальный режим тепломассоэнергообмена и мощность акустического воздействия на продукт в ограниченном пространстве, что не достигается в устройстве по прототипу.