RU2161765C2 - Device for recovery of low-potential heat of liquid - Google Patents
Device for recovery of low-potential heat of liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161765C2 RU2161765C2 RU99106047A RU99106047A RU2161765C2 RU 2161765 C2 RU2161765 C2 RU 2161765C2 RU 99106047 A RU99106047 A RU 99106047A RU 99106047 A RU99106047 A RU 99106047A RU 2161765 C2 RU2161765 C2 RU 2161765C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lifting
- liquid
- cooling
- water
- housing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к холодильной технике, и может быть использовано для охлаждения оборотной воды после теплообменной аппаратуры. The invention relates to power engineering, in particular to refrigeration, and can be used to cool circulating water after heat exchange equipment.
Известен водоохладитель, содержащий вытяжную башню с бассейном в нижней части с подводящими и отводящими трубопроводами, перегородками, оребренными тепловыми трубами, разбрызгивающими устройствами перед тепловыми трубами, закрытыми кожухами с жалюзийными отверстиями [1]. Known water cooler containing an exhaust tower with a pool in the lower part with inlet and outlet pipelines, partitions, finned heat pipes, spray devices in front of the heat pipes, closed casings with louvered openings [1].
Недостатком известного устройства является невозможность его использования для утилизации тепла охлаждаемой воды. A disadvantage of the known device is the inability to use it to recover the heat of chilled water.
Более близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее корпус с верхней и нижней крышками, снабженными патрубками входа и выхода охлаждаемого воздуха, внутри которого помещены верхняя и нижняя трубные решетки, соединенные между собой воздушными трубками, проходящими через подъемные гильзы и отверстия в горизонтальных перегородках, разделяющих полость корпуса на ступени подъема и охлаждения и прикрепленных к внутренней поверхности корпуса, причем каждая подъемная гильза покрыта опускным колпаком, зазоры между гильзой и воздушной трубкой, гильзой и опускным колпаком заполнены пористой насадкой, гильза и опускные колпаки изготовлены из гидрофильного материала или покрыты им, верхняя и нижняя ступени подъема и охлаждения снабжены штуцерами, соединенными циркуляционной трубой с гидрозатвором [2]. Closer to the proposed invention is a device comprising a housing with upper and lower covers, equipped with pipes for the inlet and outlet of cooled air, inside which are placed the upper and lower tube sheets, interconnected by air tubes passing through the lifting sleeves and holes in the horizontal partitions separating the cavity of the body at the stage of lifting and cooling and attached to the inner surface of the body, with each lifting sleeve covered with a lowering cap, the gaps between the guides They are filled with a porous nozzle, the sleeve and the lowering caps are made of hydrophilic material or coated with it, the upper and lower stages of lifting and cooling are equipped with fittings connected by a circulation pipe to the hydraulic lock [2].
Недостатками известного устройства являются отсутствие гидрофильного покрытия на верхней поверхности горизонтальных перегородок ступеней подъема, что не позволяет упростить конструкцию устройства и увеличить высоту ступени подъема гидрофобного покрытия на нижней поверхности горизонтальных перегородок и наружной поверхности подъемных гильз ступеней подъема, что снижает надежность работы устройства, так как в процессе эксплуатации за счет гидрофильности наружной поверхности подъемных гильз пространство между подъемными гильзами и горизонтальными перегородками постепенно заполняется водой, в результате чего исчезает свободная поверхность жидкости на горизонтальной перегородке и подъем жидкости прекращается, известное устройство имеет конструкцию подъемных ступеней в форме горизонтальных перегородок с подъемными гильзами, что ограничивает площадь горизонтальной перегородки, занятую пористой насадкой, и соответственно производительность устройства. The disadvantages of the known device are the lack of a hydrophilic coating on the upper surface of the horizontal partitions of the lifting steps, which does not allow to simplify the design of the device and increase the height of the lifting step of the hydrophobic coating on the lower surface of the horizontal partitions and the outer surface of the lifting sleeves of the lifting steps, which reduces the reliability of the device, since operation process due to the hydrophilicity of the outer surface of the lifting sleeves the space between the lifting sleeves and the horizontal partitions are gradually filled with water, as a result of which the free surface of the liquid on the horizontal partition disappears and the liquid rises to stop, the known device has a design of lifting steps in the form of horizontal partitions with lifting sleeves, which limits the area of the horizontal partition occupied by the porous nozzle, and accordingly the performance of the device .
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и эффективности работы устройства для утилизации низкопотенциального тепла жидкости путем обеспечения постоянной свободной поверхности жидкости на каждой ступени подъема и охлаждения и увеличения рабочей площади ступени, занятой пористой насадкой. The problem to which the invention is directed, is to increase the reliability and efficiency of the device for utilization of low-potential heat of the liquid by providing a constant free surface of the liquid at each stage of lifting and cooling and increasing the working area of the stage occupied by the porous nozzle.
Поставленная задача реализуется в устройстве, включающем корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки, разделяющие внутренний объем корпуса по высоте на ступени подъема и охлаждения и прикрепленные к внутренней поверхности корпуса, с отбортованными щелями, образующими подъемные туннели, расположенные в каждой перегородке в шахматном порядке относительно друг друга, борта которых направлены вниз, образуя между кромкой туннеля и нижеследующей горизонтальной перегородкой щель, достаточную для прохода жидкости; внутренняя полость подъемных туннелей заполнена пористой насадкой, часть которой возвышается над поверхностью верхней горизонтальной перегородки, а другая часть достигает верхней поверхности нижеследующей горизонтальной перегородки; верхняя поверхность горизонтальных перегородок и внутренняя поверхность подъемных туннелей изготовлены или покрыты гидрофильным материалом, нижняя поверхность горизонтальных перегородок, наружная поверхность бортов подъемных туннелей и внутренняя поверхность стенок корпуса установки изготовлены или покрыты гидрофобным материалом. The task is implemented in a device that includes a housing with upper and lower covers, fittings for the inlet and outlet of the cooled fluid, inside of which are placed horizontal partitions that divide the internal volume of the housing in height at the lifting and cooling stages and attached to the inner surface of the housing, with flanged slots forming lifting tunnels located in each partition in a checkerboard pattern relative to each other, the sides of which are directed downward, forming between the edge of the tunnel and the following izontalnoy partition gap sufficient for the passage of fluid; the inner cavity of the lifting tunnels is filled with a porous nozzle, part of which rises above the surface of the upper horizontal partition, and the other part reaches the upper surface of the following horizontal partition; the upper surface of the horizontal partitions and the inner surface of the lifting tunnels are made or coated with a hydrophilic material, the lower surface of the horizontal partitions, the outer surface of the sides of the lifting tunnels and the inner surface of the walls of the installation housing are made or coated with a hydrophobic material.
Техническим результатом изобретения является снижение температуры и повышение потенциальной энергии давления воды путем ступенчатого поднятия воды в капиллярах и охлаждения ее при этом. The technical result of the invention is to lower the temperature and increase the potential energy of the water pressure by gradually raising the water in the capillaries and cooling it at the same time.
На чертеже представлено предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.
Устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2, снабженный трубками входа и выхода охлаждаемой жидкости 3 и 4, соответственно внутри которого размещены горизонтальные перегородки 5, делящие корпус 1 на ступени подъема и охлаждения 6, прикрепленные к внутренней поверхности корпуса 1, с встроенными в них подъемными туннелями 7, расположенными в шахматном порядке относительно друг друга на близлежащих перегородках 5, борта которых направлены вниз, образуя между кромкой борта туннеля 7 и нижнеследующей поверхностью горизонтальной перегородки 5 зазор; внутренняя поверхность подъемных туннелей 7 заполнена пористой насадкой 8, часть которой возвышается над поверхностью верхней горизонтальной перегородки 5 на высоту, несколько превышающую высоту слоя жидкости на поверхности горизонтальной перегородки 5, а другая достигает верхней поверхности нижеследующей горизонтальной перегородки 5; верхняя поверхность горизонтальных перегородок 5 и внутренняя поверхность бортов подъемных туннелей 7 изготовлены или покрыты гидрофильным материалом 9, нижняя поверхность горизонтальных перегородок 5, наружная поверхность бортов туннелей 7 и внутренняя поверхность стенок корпуса 1 изготовлены или покрыты гидрофобным материалом 10. A device for utilization of low potential heat of a liquid comprises a housing 1 with upper and lower covers 2, provided with tubes for entering and exiting the cooled liquid 3 and 4, respectively, inside of which horizontal partitions 5 are placed, dividing the housing 1 at the lifting and cooling stages 6, attached to the inner surface of the housing 1, with the lifting tunnels 7 built into them, staggered relative to each other on the adjacent partitions 5, the sides of which are directed downward, forming a tunnel between the edge of the side 7, and horizontal partitions nizhnesleduyuschey clearance surface 5; the inner surface of the lifting tunnels 7 is filled with a porous nozzle 8, part of which rises above the surface of the upper horizontal partition 5 to a height slightly higher than the height of the liquid layer on the surface of the horizontal partition 5, and the other reaches the upper surface of the following horizontal partition 5; the upper surface of the horizontal partitions 5 and the inner surface of the sides of the lifting tunnels 7 are made or covered with hydrophilic material 9, the lower surface of the horizontal partitions 5, the outer surface of the sides of the tunnels 7 and the inner surface of the walls of the housing 1 are made or coated with a hydrophobic material 10.
В основу работы предлагаемого устройства положен способ капиллярного поднятия уровня жидкости, осуществляемый при помощи открытого с обоих концов стеклянного капилляра, погружаемого открытым концом в жидкость со стороны ее свободной поверхности, в результате чего уровень жидкости внутри капилляра повышается относительно уровня свободной поверхности жидкости одновременно со снижением поверхностного теплосодержания жидкости [3], причем функцию капилляров в устройстве выполняет пористая насадка 8, помещенная в подъемные туннели 7, а процесс подъема и охлаждения осуществляется ступенчато в ступенях подъема и охлаждения 6 с высотой подъема и глубиной охлаждения, описанной в нижнеприведенном примере. The proposed device is based on the method of capillary raising the liquid level, carried out using an open glass capillary at both ends, immersed with the open end in the liquid from the side of its free surface, as a result of which the liquid level inside the capillary rises relative to the level of the free surface of the liquid at the same time as the surface the heat content of the liquid [3], moreover, the function of capillaries in the device is performed by a porous nozzle 8 placed in the lifting tunnels 7, and The process of lifting and cooling is carried out stepwise in the stages of lifting and cooling 6 with a lifting height and cooling depth described in the example below.
Устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости работает следующим образом. Оборотную воду после нагрева ее в теплообменной аппаратуре с температурой tг через штуцер 3 подают в нижнюю ступень подъема и охлаждения 6 в количестве, достаточном для того, чтобы часть насадки 8, выступающая из нижней части подъемного туннеля 7 была затоплена, после чего начинается подъем этой воды за счет капиллярных сил по пористой насадке 8 в подъемном туннеле 7 на высоту ступени подъема 6 до вышеследующей горизонтальной перегородки 5 с одновременном охлаждением воды. При этом за счет гидрофобных свойств гидрофобного покрытия 10 наружной поверхности подъемных туннелей 7, нижней поверхности горизонтальной перегородки 5 и внутренней поверхности стенки корпуса 1 полости между туннелями 7, стенкой корпуса 1 и горизонтальными перегородками 5 не заполняются полностью водой, оставляя на гидрофильной поверхности 9 нижней горизонтальной перегородки 5 место для образования свободной поверхности жидкости. В тоже время за счет гидрофильных свойств гидрофильного покрытия 9 внутренней поверхности подъемного туннеля 7 и верхней поверхности горизонтальной перегородки 5 вода свободно перемещается из пор капиллярной насадки 8, возвышающейся над горизонтальной перегородкой 5 на ее гидрофильную поверхность 9, образуя свободную поверхность жидкости, в которую погружен нижний конец пористой насадки 8 туннеля 7 следующей ступени подъема и охлаждения 6, где происходит аналогичный процесс подъема и охлаждения и так до самого верха установки, откуда охлажденная до заданной температуры t0 вода с высотой напора H снова направляется в теплообменную аппаратуру.A device for utilization of low potential heat of a liquid works as follows. After heating it in a heat exchange apparatus with a temperature of t g, it is fed through the nozzle 3 to the lower stage of lifting and cooling 6 in an amount sufficient to ensure that the portion of the nozzle 8 protruding from the lower part of the lifting tunnel 7 is flooded, after which this water due to capillary forces along the porous nozzle 8 in the lift tunnel 7 to the height of the lift stage 6 to the above horizontal partition 5 with simultaneous cooling of the water. However, due to the hydrophobic properties of the hydrophobic coating 10 of the outer surface of the lifting tunnels 7, the lower surface of the horizontal partition 5 and the inner surface of the wall of the casing 1, the cavities between the tunnels 7, the casing wall 1 and the horizontal partitions 5 are not completely filled with water, leaving a lower horizontal surface on the hydrophilic surface 9 partitions 5 place for the formation of the free surface of the liquid. At the same time, due to the hydrophilic properties of the hydrophilic coating 9 of the inner surface of the lifting tunnel 7 and the upper surface of the horizontal partition 5, water freely moves from the pores of the capillary nozzle 8, which rises above the horizontal partition 5 to its hydrophilic surface 9, forming a free surface of the liquid into which the lower the end of the porous nozzle 8 of the tunnel 7 of the next stage of lifting and cooling 6, where a similar process of lifting and cooling takes place, and so on to the very top of the installation, from where it is cooled REPRESENTATIONS to a predetermined temperature t 0 water head with a height H again sent to the heat exchanging equipment.
Эффективность предлагаемого устройства для утилизации низкопотенциального тепла жидкости можно проиллюстрировать примером. The effectiveness of the proposed device for the utilization of low potential heat of the liquid can be illustrated by example.
Исходные данные:
охлаждаемый агент - вода (физические характеристики воды приняты при нормальных условиях);
tг = 30oC;
t0 = 10oC;
σ = 72,8 10-3 н/н - коэффициент поверхностного натяжения воды при 20oC;
g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
ρж = 1000 кг/м3 - плотность воды;
ρп = 1,28 кг/м3 - плотность воздуха над поверхностью воды;
α ≈0 - краевой угол смачивания (величина принимается по рекомендациям /3/);
R = 0,5· 10-3м - радиус насадки (величина радиуса принимается из условий возможности широкомасштабного производства пористой насадки промышленным способом и обеспечения, достаточной ее производительности);
μ = 1· 10-3н·с/м2 - коэффициент динамической вязкости воды при 20oC;
γ = 9810 н/м3 - удельный вес воды при 20oC;
c = 4,19 КДж/(кг·град) - средняя теплоемкость воды;
Высоту одной ступени подъема и охлаждения 5 найдем из уравнения [2]:
Действительную высоту одной ступени принимаем меньшей и равной h = 0,015 м;
Расход жидкости через пористую насадку определяем по уравнениям кинетики фильтрования /4, с. 43 - 47/
Принимаем режим движения жидкости через капилляр ламинарным аналогично движению жидкости при фильтровании.Initial data:
cooled agent - water (physical characteristics of water are accepted under normal conditions);
t g = 30 o C;
t 0 = 10 o C;
σ = 72.8 10 -3 n / n - the coefficient of surface tension of water at 20 o C;
g = 9.81 m / s 2 - acceleration of gravity;
ρ W = 1000 kg / m 3 - the density of water;
ρ p = 1.28 kg / m 3 - the density of air above the surface of the water;
α ≈0 - contact angle of wetting (the value is taken according to the recommendations / 3 /);
R = 0.5 · 10 -3 m is the radius of the nozzle (the radius is taken from the conditions of the possibility of large-scale production of a porous nozzle in an industrial way and ensuring its sufficient productivity);
μ = 1 · 10 -3 n · s / m 2 - coefficient of dynamic viscosity of water at 20 o C;
γ = 9810 n / m 3 - specific gravity of water at 20 o C;
c = 4.19 KJ / (kg · deg) is the average heat capacity of water;
The height of one stage of lifting and cooling 5 we find from equation [2]:
The actual height of one step is assumed to be less than and equal to h = 0.015 m;
The flow rate of the fluid through the porous nozzle is determined by the equations of the kinetics of filtration / 4, p. 43 - 47 /
We accept the regime of fluid movement through the capillary laminar similar to the motion of the liquid during filtration.
Скорость движения воды через капилляр находится из уравнения:
где Δh = γh - перепад давления по длине капилляра, н/м2;
W - скорость движения воды в капилляре, м/с;
d=2R=1 · 10-3м - диаметр капилляра;
Из уравнения (2) скорость равняется:
Производительность одного капилляра найдем из уравнения расхода:
where Δh = γh is the pressure drop along the length of the capillary, n / m 2 ;
W is the velocity of water in the capillary, m / s;
d = 2R = 1 · 10 -3 m is the diameter of the capillary;
From equation (2), the speed is:
We find the performance of one capillary from the flow equation:
Площадь живого сечения капилляров пористого материала принимаем равной 50% от общей площади сечения пористого материала%. При этом кол-во капилляров, приходящееся на 1 м2 поверхности пористого материала:
Удельная производительность 1 м2 поверхности одной ступени охлаждения по воде:
G=nq=6,38·105·7·10-8=0,0446 м3/с.The living cross-sectional area of the capillaries of the porous material is taken equal to 50% of the total cross-sectional area of the porous material%. In this case, the number of capillaries per 1 m 2 of the surface of the porous material:
Specific productivity of 1 m 2 of the surface of one cooling stage in water:
G = nq = 6.38 · 10 5 · 7 · 10 -8 = 0.0446 m 3 / s.
Удельная энергетическая эффективность 1 м2 поверхности одной ступени подъема и охлаждения можно оценить по формуле мощности для насосов /5, с. 154/
Снижение температуры воды, охлаждаемой на 1 м2 рабочей поверхности одной ступени найдем из уравнения теплового баланса /6/:
где Q= Ni = 65 Вт - тепло, эквивалентное удельной мощности, затраченной на подъем воды в одной ступени.A decrease in the temperature of water cooled per 1 m 2 of the working surface of one stage will be found from the heat balance equation / 6 /:
where Q = N i = 65 W is the heat equivalent to the specific power spent on raising water in one step.
Для требуемого снижения температуры воды потребуется ступеней:
Напор, создаваемый установкой при снижении температуры воды на 20oC через 1 м2 поверхности живого сечения аппарата, будет равен:
H = Z·h = 5700·0,015 = 85 м.
For the required reduction in water temperature, steps are required:
The pressure created by the installation when the water temperature decreases by 20 o C through 1 m 2 the surface of the living section of the apparatus will be equal to:
H = Z · h = 5700 · 0.015 = 85 m.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает создание напора (энергии давления) и охлаждение оборотной воды за счет использования низкопотенциального тепла, полученного ей, например, в теплообменной аппаратуре, что позволяет снизить затраты на охлаждение и транспортировку воды к потребителю. Thus, the proposed device provides the creation of pressure (pressure energy) and cooling of the circulating water through the use of low-grade heat obtained by it, for example, in heat exchange equipment, which reduces the cost of cooling and transporting water to the consumer.
Литература
1. А.с. СССР N 1760291, Мкл. 5 F 28 C 1/00, 1990.Literature
1. A.S. USSR N 1760291, Mcl. 5 F 28 C 1/00, 1990.
2. Патент РФ N 2095697, Мкл. 6 F 24 F 3/14, 1994. 2. RF patent N 2095697, Mcl. 6 F 24 F 3/14, 1994.
3. Э.А. Мельвин-Хьюз. Физическая химия, ч. II, М.: Иностр. лит-ра, 1962, 810 с. 3. E.A. Melvin Hughes. Physical Chemistry, Part II, Moscow: Inostr. literature, 1962, 810 p.
4. А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, М.: Химия, 1972, с. 43 - 47. 4. A.N. Planovsky, P.I. Nikolaev. Processes and apparatuses of chemical and petrochemical technology, Moscow: Chemistry, 1972, p. 43 - 47.
5. Т.М. Башта и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы, М.: Машиностроение, 1982, с. 154. 5. T.M. Bashta et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives, Moscow: Mashinostroenie, 1982, p. 154.
6. И.Н. Сушкин, Теплотехника, М.: Металлургия, 1973, с. 49. 6. I.N. Sushkin, Heat Engineering, Moscow: Metallurgy, 1973, p. 49.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106047A RU2161765C2 (en) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Device for recovery of low-potential heat of liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106047A RU2161765C2 (en) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Device for recovery of low-potential heat of liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2161765C2 true RU2161765C2 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20217616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99106047A RU2161765C2 (en) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Device for recovery of low-potential heat of liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161765C2 (en) |
-
1999
- 1999-03-22 RU RU99106047A patent/RU2161765C2/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4518510B2 (en) | Full liquid evaporator | |
| US3670522A (en) | Exchanger for cooling fluids | |
| US4522252A (en) | Method of operating a liquid-liquid heat exchanger | |
| US3425913A (en) | Apparatus for removing paraffin from crude oil | |
| CN108955305B (en) | Shell-and-tube heat exchanger for liquid heavy metal | |
| USRE37109E1 (en) | Method of and device for production of hydrocarbons | |
| RU2161765C2 (en) | Device for recovery of low-potential heat of liquid | |
| US3495380A (en) | Prevention of gas hydrate formation in gas transport pipelines | |
| JP2013245917A (en) | Gas-liquid separator and refrigerating cycle device | |
| RU2227252C2 (en) | Capillary water cooler | |
| CN100561036C (en) | Be used for the two-phase flow shunting is become the device of two or more stream thighs with required vapour-liquid ratio | |
| RU2647942C1 (en) | Heat exchanging device | |
| RU2178123C2 (en) | Capillary type steam generator | |
| JPS5830326A (en) | Gas-liquid contact method and apparatus | |
| US1759750A (en) | Gas and liquid contact apparatus | |
| RU2361164C1 (en) | Method of conducting heat exchange and apparatus to this end | |
| CN220134183U (en) | Cooling device and oil extraction system with same | |
| RU2319918C2 (en) | Multi-pass shell-and-tube heat-exchanger | |
| SU1005805A1 (en) | Heat mass exchange column | |
| RU221081U1 (en) | VARIABLE FLOW RESISTANCE DEVICE | |
| RU51189U1 (en) | HEAT EXCHANGE MULTI-WAY HOUSING AND TUBE UNIT | |
| RU2776017C1 (en) | Soil cooling method | |
| SU1284591A1 (en) | Circulation mixer | |
| RU2438756C1 (en) | Separator | |
| SU1032011A1 (en) | Apparatus for oxidizing liquid hydrocarbons |