175428. lajstromszámú szabadalom • Hőcserélő
3 175428 4 bő!, hegesztéssel állítják elő. Dyen hőcserélők különböző kivitelű formái láthatók pl. a Stahl und Eisen 1976/21 számának 206. oldalán a Peiler cég kivitelezésében. A csöveket nagyobb hőmérsékletű füstgáz hasznosítása esetén gyakran meggörbítik, hogy a dilatációból származó mechanikai igénybevétel ne szakítsa fel a hegesztéseket. Az ilyen hőcserélők gáztömörek, de hátrányuk, hogy a viszonylag kis átmérőjű csövekben a belső felületen a konvektiv hőátadási tényező kicsi, és a hűtőközeg mennyiségének csökkenése esetén az áramlás laminárissá válik, ami az amúgy is kis hőátadási tényezőt tovább csökkenti. A csöves hőcserélők ilyen hátrányát azzal igyekszenek kiküszöbölni, hogy a csövek belsejébe spirál formába hajlított lemezcsíkot helyeznek el, mely növeli a turbulenciát. A hőátadási tényezőt azonban csak 10—15%-kal lehet ezen az úton javítani, ugyanakkor a megoldás költséges hőálló acélt igényel és növeli az áramlási ellenállást. Ismeretesek olyan általában egy csőből álló hőcserélők is, melyeknél az átömlő keresztmetszet szabályosan változó. Ilyen pl. a golyóshűtő, mely pl. E. Krell: Laboratóriumi lepárlás (1966) 282-283 old. ismerhető meg. Az ilyen hőcserélő hátránya hogy csak tengely szimmetrikus áramlás létrehozására alkalmas. A találmány célja olyan hőcserélő létrehozása, mely a konvektiv hőátadást a cső egységnyi hosszára számítva úgy a belső, mint a külső felületen egyaránt megnöveli, lényegesen javítva ezzel a hőcsere hatékonyságát és gazdaságosságát. A találmány szerinti berendezés a kitűzött feladatot az által éri el, hogy hőcsere felületként nem állandó keresztmetszetű speciálisan kiképzett csöveket alkalmaz. A felhasznált csövek keresztmetszete aszimmetrikusan változik, vagy olyan szimmetrikus formájú, ahol az egymás mögött az áramlás irányában elhelyezkedő keresztmetszetek egymáshoz képest csavarvonal formájában elfordulnak. Az aszimmetria szimmetrikus dudorok alkalmazásával is megteremthető, ha a dudorok egymástól való távolsága változó. A hőcserélő csöveinek ilyen kiképzése következtében a csőben áramló közeg turbulenciája változik, megnő a Re szám és a konvektiv hőátadási tényező. A dudorok aszimmetrikus elhelyezése esetén az áramló közeg a csőben való haladás közben hullámzó mozgást ír le, a cső falának ütközik, mely fellazítja a határréteget és ezáltal növeli a konvektiv hőátadást. A cső egyes szakaszainak sokszögletű kiképzésével és a sokszög keresztmetszet csavarvonal mentén való elfordításával a csőben és a cső körül áramló közeg forgómozgásba hozható külön perdítőelemek behelyezése nélkül. Ez csökkenti a gyártási költségeket, az anyagfelhasználást, és növeli a hőcsere hatékonyságát és gazdaságosságát. A fenti előnyök mellett a találmány szerinti hőcserélő megőrzi a hengerelt áruból készített hőcserélő valamennyi technológiai előnyét pl. a cső hajlíthat^ságát, ívhegeszthetőségét, stb. A találmány hőcserélő, melynek teljes hőcserefelületét, vagy annak egy részét alkotó, hossztengelyük mentén szabályosan és/vagy szabálytalanul elrendezett, a hőhordozó közeg áramlási irányában 25—35° kúpszögű diffúzor, ehhez csatlakozó 100-140° kúpszögű konfúzor által alkotott dudorokkal, vagy fél diffúzor és ehhez csatlakozó fél konfúzor által alkotott a hossztengely mentén eltoltan elrendezett dudorokkal rendelkező, illetve sokszögkeresztmetszetű, csavarvonalszerűen kiképzett legalább egy csőszakaszt tartalmazó, változó keresztmetszetű és átömlő keresztmetszetű csöve, vagy csövei vannak. A rajzok a találmány szerinti hőcserélő példaképpeni kiviteli formáit ábrázolják ahol az első ábra 1. ábra a csövek kialakításának néhány változatát adja, bemutatva a periodikus, a szimmetrikus és aszimmetrikus keresztmetszetváltozási helyek példaképpeni elhelyezését, a 2. ábra egy összeszerelt hőcserélő, a 3. ábra egy áramlástanilag előnyös dudorkiképzés, a 4. ábra sokszögkeresztmetszetű hőcserélőcső nézeti képe, az 5. ábra sokszögkeresztmetszetű csőszakasz tengelyre merőleges metszete. A felmelegítendő közeg az 1 csatlakozón jut a 2 hűtőkamrába, majd a változó keresztmetszetű 3 csövekből készült hőcserélőtesten átáramolva a 4 gyűjtőkamrából az 5 karimás csatlakozáson keresztül távozik. A változó keresztmetszetszerű 3 csövekből készült hőcserélő külső felületén a 6 térben áramló hőleadó közeg áramolja körül. Az 1. ábra néhány példaképpeni csőkialakítást szemléltet. A felső kép olyan dudorokkal rendelkező csövet mutat, ahol a hőhordozó közeg áramlási irányában 25-35° kúpszögű 7 diffúzor, és ehhez csatlakozó 100-140° kúpszögű 8 konfúzor van. Az ilyen megoldás áramlástani okokból különösen előnyös a határréteg fellazítására. Az 1. ábra középső képe aszimmetrikusan elhelyezett dudorokat mutat, melyekben az áramló közeg hullám mozgásra kényszerül. A 3. ábra az 1. ábra felső képén ábrázolt dudorok szerkezeti metszete. A 4. és 5. ábra sokszögkeresztmetszetű csavarvonalba hajlított csövet ábrázol, melyek egyszöves hőcserélőkön is előnyösen alkalmazhatók amiatt, hogy a bennük áramló közeg forgómozgásba jön. Az ábra szerinti 9 csőszakaszokat körszimmetrikus csőszakaszokkal váltakozva olyan rendszer hozható létre, melyben az egyik csavarmenetes szakasz jobb irányú, a másik bal irányú forgómozgást hoz létre, különösen hatékonyan növelve ezzel a konvektiv hőátadás intenzitását. A változó keresztmetszetű csövek ausztenites hőálló, vagy kazáncső minőségű alacsony ötvözésű varratnélküli acélcsőből példaképpen úgy állíthatók elő, hogy a csöveket egyenként olyan szerszámba helyezzük, melynek belső ürege a kívánt változó keresztmetszetű cső külső alakjával azonos, majd a csövet kontakt elektromos hevítéssel 1000-1200 K-re melegítve belsejében rövid ideig nagy nyomást hozunk létre. Ez történhet pl. egy magas olvadási pontú, fémből készült drót nagyteljeseítményű 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
