ОРОСИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Предлагаемая конструкция относится к оросительным теплообменным аппаратам, в которых жидкость охлаждает среду, проходящую через теплообменную камеру, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, в качестве оросительного теплообменника.
Известен оросительный холодильник, действующий по принципу орошения горизонтального пучка труб струями охлаждающей жидкости, состоящий из нескольких трубных секций, соединенных калачами, при этом жидкий хладагент струями непрерывно стекает по трубам сверху вниз, а охлаждаемая жидкость подается противотоком внутрь труб (Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов, 10-е изд. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004 г. - 753 с.).
Недостатками данного аппарата являются неравномерное струйное орошение поверхности труб, приводящее к уменьшению площади поверхности теплообмена, громоздкость конструкции и, соответственно, большая металлоемкость, приводящие к потерям тепловой энергии и уменьшению интенсивности теплообмена.
Известен оросительный теплообменник, действующий при непосредственном контакте теплоносителей, содержащий корпус, опорные стержни с закрепленными на них насадками и полотнами, по которым стекает жидкий хладагент, при этом охлаждаемый воздух подается перекрестным током (патент РФ №2053477, МПК F28C 3/06, 1996 г.).
Недостатками данного теплообменника являются неравномерность толщины пленки жидкости по высоте и, соответственно, неравномерность ее прогрева, что снижает интенсивность теплообмена, громоздкость конструкции, приводящая к увеличению энергетических затрат и уменьшению интенсивности теплообмена.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность, распылитель для ввода жидкого хладагента в газовый поток, распределительную решетку в виде листа с равномерно расположенными отверстиями и подключенный к подрешеточной полости коллектор для подачи газа, при этом с целью интенсификации тепломассообмена распылитель размещен в подрешеточной полости, а в распределительной решетке по крайней мере на одной стороне листа выполнены ряды параллельных пазов, проходящие через отверстия, и перпендикулярные ряды пазов, проходящие между отверстиями, причем лист с обеих сторон снабжен слоями капиллярно-пористого материала (авторское свидетельство СССР №1160796, МКП F28D 5/00, F25D 25/02, 2006 г.).
Недостатками данного теплообменника являются сложность изготовления распределительной решетки, необходимость эксплуатировать аппарат при повышенном давлении для того, чтобы теплоноситель смог проникнуть через слой капиллярно-пористого материала, малое время контакта теплоносителей, что приводит к снижению интенсивности теплообмена и увеличению энергетических затрат.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности теплообмена за счет увеличения движущей силы процесса теплопередачи.
Технический результат достигается тем, что оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, отличается тем, что распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, при этом на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности.
Выполнение распылителя жидкого хладагента в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности, позволяет снизить до минимума потери тепловой энергии за счет малой металлоемкости. Установка распылителя жидкого хладагента на подшипниках с возможностью вращения позволяет равномерно орошать теплообменную поверхность. Установка на распылителе жидкого хладагента сопел под углом α=35-55° к теплообменной поверхности позволяет за счет тангенциального подвода постоянно обеспечивать приток «свежего» хладагента, который обновляет «пограничный тепловой подслой жидкости», а также приводить во вращение сам распылитель жидкого хладагента за счет динамической силы потока жидкости. Уменьшение, равно как и увеличение заявленного диапазона значений угла наклона приведет к неэффективному использованию динамической силы потока жидкого хладагента, что, в свою очередь, приведет к уменьшению скорости вращения распылителя жидкого хладагента, снижению интенсивности процесса теплопередачи и увеличению энергетических затрат.
На фиг. показана схема оросительного теплообменника, который состоит из корпуса 1, теплообменной поверхности 2, распылителя 3 жидкого хладагента в виде трубки, имеющей форму спирали с расположенными на ней соплами 4, полой муфты 5, установленной на подшипниках, штуцера подачи хладагента 6, штуцеров для ввода 7 и вывода 8 охлаждаемой среды, поддона 9 для сбора отработанного хладагента.
Оросительный теплообменник работает следующим образом. Охлаждаемая среда через штуцер 7 подается внутрь корпуса 1 аппарата, проходит по длине теплообменника, контактируя с теплообменной поверхностью 2, и выводится через штуцер 8. Хладагент через штуцер 6 подается в полую муфту 5, а затем в распылитель 3, откуда через сопла 4, расположенные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности 2, в виде струй и капель тангенциально подается на теплообменную поверхность 2. За счет тангенциального распыла жидкого хладагента происходит постоянное обновление «пограничного теплового подслоя жидкости», создающего основное термическое сопротивление процессу теплопередачи. Кроме того, струи хладагента, проходя через расположенные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности 2 сопла 4, за счет динамической силы потока жидкости создают вращающий момент, который сообщается распылителю 3 жидкого хладагента, приводя его во вращательное движение относительно продольной оси аппарата. Это позволяет постоянно обеспечивать приток «свежего» хладагента ко всей теплообменной поверхности 2.
Таким образом, предлагаемый оросительный теплообменник позволяет увеличить движущую силу процесса теплопередачи, что позволяет увеличить интенсивность теплообмена и снизить энергетические затраты на процесс.