181667. lajstromszámú szabadalom • Berendezés egy primer közeg, pl. füstgáz, és egy áramló szekunder közeg pl. levegő közötti hőcsere biztosítására
3 181667 4 Az áramlástan területén a turbulencia mutatója a Reynolds szám, amelynek meghatározott kritikus érték fölötti értéke mellett a vizsgált közeg áramlása turbulensnek tekinthető. A Reynolds szám meghatározásában igen jelentős tényező a vizsgált gáz áramlási sebessége. Meghatározott közegre vonatkoztatva állítható, hogy az áramlási sebességet egy bizonyos értéken túl növelve, biztosan turbulens áramlási kép fog kialakulni. Mégsem lehet egyértelműen kedvező útnak mondani az áramlási sebesség növelését a turbulencia fokozása illetve a hőátadási tényező növelése érdekében. Az áramlási sebesség fokozásával együtt az áramlási veszteségek hatványozottan növekednek és sokszor áll elő olyan helyzet., hogy a hőátadási tényező növekedése terén jelentkező haszon nem fedezi az áramlási sebesség fokozásához szükséges többletenergia értékét. Meg kell jegyezni, hogy ha a primer közeg valamely tüzelőberendezésben levő füstgáz, akkor az e közeggel kapcsolatban értelmezett hőátadási tényező szempontjából a szükséges turbulencia inkább adott, mint a szekunder közegnél. A füstgázok kialakulásánál ugyanis az égés során, sőt már az égőben - mind olajégőben, mind gázégőben - olyan perdületet biztosítanak a tüzelőanyagnak és az égési levegőnek, ami jelentős turbulenciát eredményez a tűztérben a primer közegként szereplő füstgáz számára. Ezért a találmány szerinti és az ahhoz hasonló berendezéseknél elsősorban a szekunder közeg szempontjából kerül előtérbe a hőátadási tényező javítása az áramlási körülmények révén. A találmány tárgyát képező berendezés elé kitűzött feladat, hogy célszerűen megválasztott alakú és elhelyezésű terelőelemekkel biztosítsa a szekunder közeg áramlását úgy, hogy minél hatásosabb turbulencia alakuljon ki, s ennek révén a szekunder közeg oldalán javuljon a hőátadási tényező. A találmány szerinti berendezésben a kitűzött feladat elérését olyan terelőelemek biztosítják, amelyek a szekunder közeg terének külső határoló falától befelé terjendek a primer közeg terének fala felé, de ezek a terelőelemek nem érik el a primer közeg terének falát, vagy legfeljebb csak egy-egy szakaszon érintkeznek azzal. Ezek a terelőelemek körgyűrű alakú tárcsák lehetnek, vagy forgásfelületű testek. A javasolt terelőelemek a szekunder közeg áramát megosztják. A szekunder közeg megosztás utáni egyik része főáramot alkotva a primer közeg áramlási terét határoló fal mentén áramlik, míg a megosztás után kialakul egy mellékáram, amely visszafelé irányuló hurkot ír le a terelőelemek között. A mellékáram a hurok utolsó szakaszánál beleütközik a főáramba, azzal keveredik s újból érintkezik a primer közeg áramlási terét határoló fallal. A vázolt áramlási folyamat során a'szekunder közeg újból és újból keveredik, s ily módon lényegében a turbulenciát fokozza, s egyben a hőátadási tényezőt javítja, A találmány szerinti berendezés tehát lényegében egy hőcserélő, ahol a szekunder közeg áramlási útjának legalább egy szakasza a primer közeg áramlási terének egy szakaszát övező, célszerűen körgyűrű keresztmetszetű térben van, és e berendezés lényege, hogy a szekunder közeg áramlási terében az e teret határoló külső faltól a belső fal felé nyúló, de a belső fallal legfeljebb szakaszonként érintkező egy vagy több terelőelem van. A javasolt berendezés egy előnyös kiviteli alakjának jellemzője, hogy a terelőelem körgyűrű alakú tárcsa, míg egy másik kiviteli alak esetében a terelőelem forgásfelületű test lehet. A találmány szerinti berendezést közelebbről a csatolt rajzokon szemléltetett kiviteli példák kapcsán ismertetjük. A példa szerinti berendezés közvetlen tüzelésű levegő-előmelegítő berendezés. A rajzokon 1. ábra a példakénti berendezést hosszmetszetben szendéi te ti, a •2 ábra az 1. ábra szerinti berendezés egy részletét mutatja, a különféle áramlási folyamatok szemléltetésével, 3. ábra a 2. ábra szerinti részlet, amelyen feltüntettük az áramlási viszonyokat szemléltető további részleteket, a 4. ábra különféle alakú terelőelemeket szemléltet metszetben. Az 1, ábrán metszetben ábrázolt berendezésnél a 2 égéstérbe torkollik az 1 égő szájnyílása. Az 1 égő olajégő vagy gázégő lehet. A 2 égéstérben zajlik le a tüzelőanyag elégése és itt keletkezik a primer közegként szereplő füstgáz. A 2 égéstérnek az 1 égővel átellenes vége a sík 17 véglappal van lezárva. A 2 égéstérből a füstgázok a 11 nyaktagon keresztül tudnak a 12 hőcserélőbe áramolni. A 12 hőcserélő a füstgázok hőtartalmának további hasznosítását célozza. A 2 égésteret a hossza mentén részben övezi a szekunder közeg 3 tere. A 3 teret lezáró 4 zárólaphoz van csatlakoztatva a 6 ventillátor 5 nyomócsöve. A szekunder közeg a példa szerinti esetben levegő, amit a szemléltetett berendezésben melegítenek elő A 6 ventillátor által szállított levegő az 5 nyomócsövön keresztül haladva a 13 helyen lép be a 2 égésteret övező, a szekunder közeg rendelkezésére álló 3 térbe. A példakénti berendezésnél a 3 térnek a körgyűrű keresztmetszetű szakaszában vannak elhelyezve a 7 terelőelemek. Ezek a 7 terelőelemek lényegében körgyűrű alakú lemezek és a 3 teret kívülről határoló falhoz vannak rögzítve. A 7 terelőelemek belső kör alakú 8 élei és a 2 égéstér fala között körgyűrű alakú szabad 10 keresztmetszetek alakulnak ki. Az egyes 7 terelőelemek között a 9 terek vannak közrefogva. Az eddig vázolt szerkezeti felépítésű berendezésben a szekunder közeg gyanánt szereplő levegő a 13 helyen lép be a 3 térbe, majd - durva megközelítésben — a 2 égéstér környezetében áramlik tovább & a 14 helyen gyakorlatilag fojtás nélkül lép ki a 3 térből. A berendezésben kialakuló áramlási viszonyokat a 2. és 3. ábra kapcsán magyarázzuk részletesebben. A 2. ábrán feltüntetett áramlási kép arra az esetre vonatkozik, amely feltételezi, hogy a szekunder közeg áramlási irányában csak egy 7 terelőelem van elhelyezve. A 3. ábra viszont az áramlási viszonyokat több 7 terelőelem figyelembevételével szemlélteti. Mielőtt az áramlási viszonyok részletezésével foglalkoznánk, utalni kell arra, hogy a berendezés terve-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
