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, штуцер и, соосно расположенную с ними, вставку-завихритель, в штуцере выполнен расширяющийся канал для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие, которое выполнено осесимметрично корпусу и плавно переходит в. соосное с ним. фигурное отверстие, выполненное в форме диффузора, а в цилиндрическом отверстии корпуса, осесимметрично ему, установлена цилиндрическая вставка-завихритель. имеющая внешние периферийные винтообразные нарезные каналы, причем по оси вставки-завихрителя выполнено центральное осевое отверстие с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов, при этом вставка-завихритель устанавливается в корпусе через упругие прокладки и поджимается штуцером посредством резьбового соединения корпус-штуцер, при этом внешние винтообразные нарезные каналы и винтовая нарезка на внутренней поверхности осевого отверстия вставки-завихрителя выполнены с переменным шагом, вставка-завихритель выполнена из износостойкого материала, а в верхней части штуцера установлен перфорированный диск, в который опирается полый винтовой конический завихритель, установленный в расширяющимся канале для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие, выполненное осесимметрично корпусу форсунки, а на поверхности полого винтового конического завихрителя выполнена винтовая сквозная 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 состоит из корпуса 11 и, соосно расположенного с ним в верхней части, штуцера 12, в котором выполнен расширяющийся канал 13 для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие 14, выполненное осесимметрично корпусу 11. Цилиндрическое отверстие 14 плавно переходит в, соосное с ним, отверстие 15, выполненное в форме диффузора. В отверстии 14 корпуса, осесимметрично ему, установлена цилиндрическая вставка-завихритель 16, имеющая внешние периферийные винтообразные нарезные каналы 17. По оси вставки-завихрителя 16 выполнено центральное осевое отверстие 18 с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов 17. Внешние винтообразные нарезные каналы 17 и винтовая нарезка на внутренней поверхности осевого отверстия 18 могут быть выполнены с переменным шагом. Вставка-завихритель 16 устанавливается в корпусе 11 через упругие прокладки 19 и 20 и поджимается штуцером 12 посредством резьбового соединения корпус-штуцер, при этом вставка-завихритель выполнена из износостойкого материала.
В верхней части штуцера 12 установлен перфорированный диск 21, в который опирается полый винтовой конический завихритель 22, установленный в расширяющимся канале 13 для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие 14, выполненное осесимметрично корпусу 11. На поверхности полого винтового конического завихрителя 22 выполнена винтовая сквозная нарезка (на чертеже не показана).
Форсунка для распыления жидкости работает следующим образом.
Жидкость в корпус 11 поступает через канал 13 подвода жидкости в штуцере 12, а затем в центральное цилиндрическое отверстие 14. Жидкость начинает свою закрутку в периферийных каналах вставки-завихрителя 16, и одновременно во внутренних каналах центрального осевого отверстия 18 с обратным направлением. Такой поток жидкости на выходе из фигурного отверстия 15 в форме диффузора хорошо раскрывается за счет центробежных сил, возникающих от вращения жидкости, и мелкодисперсно распределяется внутри конусообразного факела за счет турбулентного течения по оси сопла.
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.