РАДИАТОРНАЯ ГРАДИРНЯ ГИБРИДНОГО ТИПА
HYBRID RADIATOR COOLING TOWER

Изобретение относится к теплообменным аппаратам воздушного охлаждения, в частности, к градирням, и может быть использовано в области теплотехники и теплоэнергетики.
Аналогом является камера распределительная продукта аппаратов воздушного охлаждения с трубчатой внутренней полостью и прямоугольной наружной геометрией, содержащая корпус преимущественно в форме прямоугольного параллелепипеда, имеющий переднюю и заднюю грани, выполненные параллельно-плоскими, внутреннюю полость камеры, выполненную в виде параллельных цилиндрических каналов с осью, перпендикулярной осям отверстий для теплообменных труб и пробок, причем отверстия параллельных цилиндрических каналов выходят на торцевую сторону корпуса. Верхняя, нижняя, торцевые грани корпуса камеры распределительной могут иметь любую геометрически неправильную форму: округлую, овальную, форму многогранника вплоть до необработанной поверхности кованого изделия в состоянии поставки [патент RU 2610972, F28F 9/02, F28B 1/06 от 17.02.2017].
Недостатком аналога является сложность обслуживания конструкции, так как она содержит много отверстий, которые авторы прототипа предполагают либо заглушать пробками, либо вставлять теплообменные трубки (развальцовкой, сваркой), при этом выбор, с какими отверстиями как поступать, не очевиден. Так как отверстия небольшие, они могут забиваться отложениями. Также недостатком является большая металлоемкость аппарата.
Прототипом является пассивный радиатор модульного типа [патент RU 2750513, F28F 19/01, F28B 9/04, F28C 3/06 от 29.06.2021], содержащий корпус, расположенный на опорных стойках и представляющий собой каскадный модуль, внутри которого последовательно расположены теплообменные блоки, каскад, состоящий из объемных испарительных панелей, системы орошения; на внешней поверхности корпуса установлены вентиляторы, коллекторы, размещенные в верхней и нижней частях корпуса, отличающийся тем, что корпус пассивного радиатора выполнен удлиненным, с возможностью разделения указанного каскадного модуля на отдельные изолированные блоки посредством разделительных перегородок, а объемные испарительные панели выполнены с возможностью изменения направления воздушного потока, задаваемого направлением каналов, расположенных внутри панелей, при этом указанные испарительные панели установлены на ламелях таким образом, что образуют, по меньшей мере, один V-образный каскадный уровень с системой орошения, при этом вода на испарительные панели подается с помощью оросительных устройств, установленных на коллекторе, находящемся между двумя испарительными панелями, образующими V-образный каскадный уровень.
Недостатком прототипа является низкая интенсивность испарения, как следствие, малая производительность аппарата.
В одном аспекте заявленного решения раскрыта радиаторная градирня гибридного типа, содержащая
корпус, расположенный на опорных стойках, внутри которого расположен V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей и системы орошения;
на внешней поверхности корпуса установлены вентилятор, верхние и нижние коллекторы, трубы радиаторов;
отличающаяся тем, что система орошения содержит отверстия, выполненные в боковой стенке верхнего коллектора, обращенной к испарительным панелям, причем отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода попадает на наружную поверхность труб радиаторов, при этом верхний уровень объемных испарительных панелей выполняет функцию каплеотбойника.
Задачей решения является разработка радиаторной градирни гибридного типа, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение производительности аппарата за счет одновременной подачи воды в верхний и нижний коллекторы, увеличение интенсивности охлаждения жидкости, достигаемое за счет дополнительного орошения пучка труб радиатора неиспарившейся охлажденной водой, стекающей по объемным испарительным панелям.
Технический результат достигается тем, что радиаторная градирня гибридного типа, содержит корпус, расположенный на опорных стойках, внутри которого расположен V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей, системы орошения; на внешней поверхности корпуса установлены вентилятор, коллекторы, размещенные в верхней и нижней частях корпуса. Согласно настоящему решению система орошения содержит отверстия, выполненные в боковых стенках верхнего коллектора, обращенных к испарительным панелям, причем отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода попадает на наружную поверхность труб радиаторов, при этом верхний уровень объемных испарительных панелей выполняет функцию каплеотбойника.
Сущность решения поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображен вид радиаторной градирни гибридного типа в разрезе;
- на фиг. 2 - схема движения потоков в радиаторной градирне гибридного типа.
Радиаторная градирня гибридного типа содержит корпус 1, опорные стойки 2 (не показаны на фиг. 1), V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей 3, систему орошения 4, вентилятор 5 (не показан на фиг. 1), верхние коллекторы 6 и нижние коллекторы 7, трубы радиаторов 8, штуцер 9 выхода воздуха, штуцера 10, 11 ввода воды, и штуцера 12 вывода воды (не показаны на фиг. 1). Система орошения 4 содержит отверстия, выполненные в боковых стенках верхнего коллектора 6, обращенных к испарительным панелям 3, причем за счет своего местоположения отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода поступает на каждую из испарительных панелей 3, стекая по которым, она достигает наружной поверхности труб радиаторов 8. При этом верхний уровень объемных испарительных панелей 3 выполняет функцию каплеотбойника.
Предлагаемая радиаторная градирня гибридного типа работает следующим образом.
Поток воды, подаваемый в радиаторную градирню, делится на две части. Первая часть воды поступает через штуцера 10, попадает в верхние коллекторы 6, заполняя их сверху вниз, откуда системой орошения 4 через выполненные в стенке коллекторов 6 отверстия распределяется по наклонной поверхности объемных испарительных панелей 3, образующих V-образный каскад. При движении воды по поверхности объемных испарительных панелей 3 происходит многократное дробление и коалесценция за счет постоянного обновления поверхности жидкости на панелях 3 за счет непрерывного перераспределения воды на них для выравнивания расхода. Вытекая через отверстия системы орошения, вода дробится, далее при соударении с поверхностью панели 3 также происходит дробление капель воды и их укрупнение. На поверхности панелей 3 формируется пленочный слой стекающей воды, капли падают с вышерасположенных панелей 3 на нижние. При этом, воздух, поступающий снизу, движется в зазоре между панелями 3 и срывает капли жидкости, унося их по направлению своего движения.
Благодаря этому увеличиваются коэффициенты тепло- и массоотдачи и, как следствие, интенсивность ее испарения и охлаждения. При этом верхний уровень объемных испарительных панелей 3 выполняет функцию каплеотбойника для улавливания и сепарации капель воды, унесенных из градирни. Вторая часть воды, не контактируя непосредственно с воздухом, подается снизу через штуцера 11 в нижние коллекторы 7, откуда поступает в трубы радиаторов 8, после прохождения которых отводится из верхней части коллекторов 7 через штуцера 12. Причем трубы радиаторов 8 снаружи омываются потоком стекающей по испарительным панелям 3 воды и обдуваются потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором 5. Охлажденная таким образом вода (первый поток), является хладагентом для второго потока жидкости, движущейся в трубном пространстве радиаторов 8. Попадая на наружную поверхность труб радиаторов 8, вода забирает тепло от воды, проходящей по трубам радиаторов 8, и частично испаряется. Воздух, всасываемый вентилятором 5, поступает в градирню, обтекая трубы радиаторов 8, и движется навстречу стекающей по объемным испарительным панелям 3 пленке воды. Теплый воздух отводится через штуцер 9. Первый поток собирается в поддон для охлажденной воды (на фигурах не показан).
Наличие панелей 3 обеспечивает высокую эффективную площадь, равномерное распределение воды, низкую склонность к забивке отложениями, а нижние коллекторы 7 с трубами радиаторов 8 обеспечивают дополнительные зоны охлаждения, что позволяет эффективнее достичь технического результата. Запуск в работу коллекторов 6, 7 зависит от характеристик атмосферного воздуха, поступающего в градирню, и требуемых характеристик охлажденной воды. Таким образом, можно определять, когда использовать в работе верхние коллекторы 6 и нижние коллекторы 7, к примеру, используя только те, которые расположены с правой стороны корпуса или наоборот.
В предлагаемой радиаторной градирне гибридного типа обеспечивается более равномерное распределение потока за счет распределения по объемным испарительным панелям 3, охлаждение воды происходит при непосредственном контакте с воздухом и через стенку труб радиаторов 8, что увеличивает интенсивность охлаждения и производительность аппарата. При достаточно низкой температуре воздуха подача воды через штуцер 10 может быть полностью прекращена. Поскольку у градирен существует проблема обледенения, то эту проблему можно решить за счет отсутствия непосредственного контакта воды с воздухом, не осуществляя подачу первого потока воды через штуцера 10.
Следует также отметить, что вода может подаваться в штуцера 10 одновременно или может быть задействован только один из них. Работа нижних коллекторов 7 также предусматривает одновременное параллельное заполнение водой труб радиаторов 8, что позволяет увеличить производительность градирни. За счет того, что увеличивается площадь контакта, но при этом вода в трубах радиаторов 8 охлаждается не только воздухом, но и за счет воды, орошающей их поверхность. То есть тепломассообмен между потоками происходит на поверхности труб радиаторов 8, после того как вода покинула корпус градирни. Одновременно происходит теплообмен между потоками через стенку труб радиатора. Также за счет увеличения площади поверхности контакта фаз при распределении воды по V-образному каскаду, и наружной поверхности труб радиаторов, нет необходимости в перераспределителях жидкости, как в прототипе.
Кроме того, имеется возможность последовательного заполнения труб подключения работы радиаторов 8, что при прочих равных условиях позволит увеличить эффективность охлаждения воды по сравнению с прототипом.
Таким образом, благодаря организации нескольких блоков теплообмена достигается увеличение интенсивности охлаждения жидкости и увеличение производительности, простота элементов дает возможность снижения металлоемкости конструкции.