СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК КОЧЕТОВА
KOCHETOV'S MIXING HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к смесительным теплообменным аппаратам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является техническое решение по патенту РФ №2488059, С02В 1/10, содержащее корпус, систему орошения с форсунками, подвод паровоздушной смеси, вентилятор (прототип).
Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность из-за невысокой степени распыла жидкости форсунками.
Технический результат - повышение производительности процесса смесительного теплообмена в аппарате.
Это достигается тем, что в смесительном теплообменнике, состоящим из сварного стального корпуса прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали, по высоте которого размещена планочная насадка с распределительными планками, расположенными под определенным углом к вертикальной оси аппарата, а в верхней части корпуса находится система подвода оросительной холодной воды с форсунками, подводящим трубопроводом и регулирующим клапаном, при этом стенки корпуса покрыты тепловой изоляцией, а нижняя секция теплообменника представляет собой сборник нагретой воды, в котором установлены трубки, предназначенные для отвода нагретой воды, регулятор уровня и переливная трубка, а для подвода паровоздушной смеси служит патрубок, установленный в нижней части корпуса, из которой осуществляется отвод горячей воды через трубки, запорный вентиль и обратный клапан, а каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды состоит из двух соосных, связанных между собой, цилиндрических втулок: втулки большего диаметра и втулки меньшего диаметра, при этом внутри втулки меньшего диаметра соосно ей расположен шнек, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее, причем внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра соосно ей расположен штуцер, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители.
На фиг.1 изображена схема смесительного теплообменника, на фиг.2 - схема форсунки системы подвода оросительной холодной воды.
Смесительный теплообменник (фиг.1) состоит из сварного стального корпуса 1 прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали. По высоте теплообменника размещена планочная насадка с распределительными планками 2, расположенными под определенным углом к вертикальной оси аппарата, а в верхней части корпуса находится система подвода оросительной холодной воды с форсунками 4, подводящим трубопроводом 10 и регулирующим клапаном 10. Для доступа внутрь теплообменника одна из стенок каждой секции выполнена съемной, стенки теплообменника покрыты тепловой изоляцией (на чертеже не показано). Нижняя секция теплообменника представляет собой сборник 3 нагретой воды, в котором установлены трубки 5, предназначенные для отвода нагретой воды. В сборнике 3 нагретой воды установлен регулятор уровня 11 и переливная трубка 6. Для подвода паровоздушной смеси служит патрубок 7. Из нижней секции теплообменника осуществляется отвод горячей воды через трубки 5, запорный вентиль 8, обратный клапан 12.
Центробежная форсунка 4 (фиг.2) системы подвода оросительной холодной воды состоит из корпуса, состоящего из двух соосных, связанных между собой цилиндрических втулок: втулки 17 большего диаметра и втулки 16 меньшего диаметра. Внутри втулки 16 меньшего диаметра соосно ей расположен шнек 13, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 13 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 16 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 13 образована винтовая внешняя полость 15 шнека 13.
Внутри шнека 13 выполнено отверстие 14 с левой (или правой) винтовой нарезкой.
При этом направление винтовой нарезки отверстия 14, выполненного внутри шнека 13, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.
Во втулке 17 большего диаметра соосно ей расположен штуцер 19, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку 18. Внутри штуцера 19 соосно выполнено цилиндрическое отверстие 20, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор 21, который соединен с цилиндрической камерой 22, образованной внутренней поверхностью втулки 16 меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека 13.
К торцевой поверхности втулки 16 меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня 23, на каждом из которых закреплены активные распылители 24, например, выполненные в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры 25, закрепленные на стержнях 23, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е. по конической поверхности, вершина которой направлена в сторону втулки 17 большего диаметра.
Смесительный теплообменник работает следующим образом.
Паровоздушная смесь по воздуховоду 7 поступает в теплообменник, где отдает теплоту технической воде, а затем удаляется в атмосферу. С помощью форсунок 4, расположенных в верхней части теплообменника, разбрызгивается холодная вода, которая стекает вниз по распределительным планкам 2, дробясь на мелкие капли, и нагревается за счет теплообмена с паровоздушной смесью. Нагретая вода собирается в нижней части 3 теплообменника и затем по отводящему трубопроводу 5 направляется в технологическую цепочку на промывные цели. На трубопроводе 5 установлены запорный вентиль 8 и обратный клапан 12. Постоянный расход воды в теплообменнике поддерживается с помощью регулирующего клапана 9, установленного на подводящем трубопроводе 10. Регулирование расхода воды осуществляется регулятором уровня 11, подключенного в электрическую цепь управления приводом клапана (на чертеже не показано).
Жидкость подается в форсунку 4 по цилиндрическому отверстию 20 штуцера 19 в диффузор 21, а из него в камеру 22, из которой под давлением поступает одновременно по двум направлениям: во-первых, в винтовую внешнюю полость шнека 13, образуя внешний вращающийся поток жидкости, и, во-вторых, в отверстие 14 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости.
На выходе из форсунки встречаются два вращающихся потока жидкости, причем один поток, например внутренний, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку, идущему по шнеку 13, либо может совершать попутное (одинаковое) вращение, если направление винтовых канавок совпадает. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из форсунки происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей и канавок шнека 13, а может быть стационарным, в случае противоположного направления вращения потоков, и равенства их приведенных массовых скоростей. Дополнительное дробление капель жидкости происходит за счет наклонно расположенных стержней 23, на каждом из которых закреплены активные распылители 24, например, выполненные в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры 25, закрепленные на стержнях 23.