184531. lajstromszámú szabadalom • Elpárologtató hőcserélő
1 184 531 2 A találmány tárgya elpárologtató hőcserélő, amelynek üzemelésekor a hőátadó csövek és/vagy azok bordái (a továbbiakban hőátadó csövek) belsejében áramló közeg és a csövek külső felületére juttatott folyadék halmazállapotú közeg elpárolgása segítségével jön létre hőátadás. Az ilyen típusú hőcserélők különösen előnyösen alkalmazhatók hűtőberendezések kondenzátoraiként, ezért a leírásában mind a technika állását, mind pedig magát a találmány szerinti szerkezetet az elpárologtató kondenzátorok kapcsán ismertetjük, megjegyezve azonban, hogy a találmány szerinti megoldás más elpárologtató hőcserélőknél is hasznosítható. A korábbról ismert elpárologtató kondenzátorok alaptípusa az a berendezés, amely vázlatosan a rajz melléklet 1. ábráján van feltüntetve (2 498 017 sz. USA'szabadalmi leírás). Amint az az ábrán jól látható, az ilyen berendezéseknél a túlhevített hűtőközeg 1 csövön keresztül érkezik a kompresszorból egy 2 gőzelőhűtőbe, ahol túlhevítési hőjét elveszítve 3 olajleválasztón áthaladva jut a cseppfolyósító csőrendszer hőátadó csöveibe, amely az ábrán látható módon olyan csőkígyókból áll, amelyeknek a vízszinteshez képest kis lejtéssel rendelkező 4 egyenes csőszakaszai vannak. A továbbiakban a csőkígyók egyenes szakaszait is hőátadó csöveknek nevezzük. Egyes típusoknál a 2 gőzelőhűtőt és a cseppfolyósító csőrendszert nem választják külön, illetve nem alkalmaznak olajleválasztót. A lekondenzálódott hűtőközeg 5 csövön keresztül jut vissza a hűtőkörbe. A cseppfolyósító csőrendszer 5 hőátadó csöveire eközben 6 vízszóró elemeken keresztül vizet permeteznek, amely a csövek külső felületein lecsurogva párolgással növeli a hőátadást a 7 ventilátorok által mozgatott levegő és a hűtőközeg között. Az el nem párolgott víz 8 csepptálcába hullik, ahonnan 9 szivattyú segítségével 10 csövön keresztül jut vissza a 6 vízszóró elemekhez. A cseppveszteséget 11 cseppleválasztó segítségével csökkentik. A párolgási cseppveszteséget és a leiszapolási veszteséget 12 csövön érkező vízzel pótolják. Ilyen jellegű berendezést ismertet például a 972 293 sz. NSZK szabadalmi leírás, amelynél a hőcserélő felület csőelemekből álló elő- és főhútő részre tagozódik, és csupán a főhűtőhöz tartozik 6 vízszóró berendezés. Az ismertetett megoldásnál a vízzel telített levegő főáramában van elhelyezve a bordás felületű 2 gőzelőhűtő, amely ben a bordaelemek úgy vannak kialakítva, hogy azok ütközőfelületként és egyben vízleválasztóként szolgálnak. Ilyen jellegű elpárologtató hőcserélő ismerhető meg pl. a 648 820 sz. szovjet szabadalmi leírásból is. A leírás szerinti berendezés lehetővé teszi atmoszferikus csapadék jelenlétében az elpárologtató kondenzátorokban a hő- és anyagcsere hatékonyságának növelését. A fenti elpárologtató hőcserélőknél az esetek többségében (pl. ammóniagőz kondenzációjánál) az a probléma, hogy a hőátadó csövek belső felületén nagyobb hőátadási tényező alakul ki, mint a hőátadó csövek külső felületén. Mivel a hőátbocsátási tényező számszerű értéke bordázatlan hőátadó csöveknél a kisebb hőátadási tényező számszerű értékénél valamivel kisebb, a hőátadó csövek külső felületét általában bordázással látják el. Ilyen esetekben a hőátadó csövek és a bordák egyenletes nedvesítése csak rendkívül hatékony porlasztókkal oldható meg, amelyek üzemeltetéséhez viszonylag nagy porlasztási nyomás és ehhez nagy villamosenergiafogyasztású szivattyú szükséges. Ismeretes, hogy az ilyen típusú elpárologtató hőcserélőknél az elpárolgást végző folyadék a felül elhelyezkedő csövekből viszonylag nagy 19 cseppekben jut az alattuk lévő hóátadó csövekre még akkor is, ha a felső esősorok felett hatékony porlasztókat helyeznek el (2. ábra). A nagy folyadékcseppek miatt a hőcserélőben alul elhelyezkedő hőátadó csövek, különösen bordázott hőátadó csövek esetén rendkívül rossz hatékonysággal nedvesednek. A 2. ábrán a hőátadó csövek 13 kör alakú bordákkal vannak ellátva, amelyek az ábrán látható módon csak részlegesen nedvesíthetők. A viszonylag nagy cseppek relatív kis felülete miatt a hőátadó csövekről csöppenő csepp kevésbé párolog és kevésbé hűl le. Célszerű lenne, ha az egymás alatt lévő hőátadó csövek között lévő helyet hatékonyabban használnák ki a nedvesítő közeg elpárologtatósára és így hűtésre, mert ekkor a csövekre alacsonyabb hőmérsékletű elpárologtató folyadék jutna és így nőne a hőáram. Bordázott (pl. kör alakú bordával ellátott) hőátadó csöveknél további problémát jelent a nagy helyigény. A 3. ábrán azonos átmérőjű hőátadó csövekből létrehozható hőcserélők metszetét mutatjuk be bordázott és bordázatlan hőátadó csövek esetén. Az ábra baloldalán a 4 hőátadó csövek 13 kör alakú bordákkal vannak ellátva, az ábra jobboldalán a 4 hőátadó csövek nincsenek bordázva. Látható, hogy a bordamagasság növelésével azonos térfogatban egyre kevesebb hőátadó cső helyezhető el. A fenti hátrány kiküszöbölésére célszerű lenne a hőátadó csöveket olyan bordázattal ellátni, amelyekkel ellátott hőátadó csövekből alkotott hőcserélőnek kisebb lenne a helyigénye. Problémát jelent továbbá, hogy a hőátadó csöveket, különösen ha azokból csőkígyókat alakítanak ki, meg kell támasztani a felső esősoroknál is. Célszerű lenne olyan bordázat kialakítása, amelynek alkalmazása esetén a hőcserélő csöveket, különösen csőkígyókat csak alul kellene megtámasztani. Ebben az esetben a bordázat tartó szerepet is átvenne, csökkenthető lenne a tartószerkezetekhez használt anyagköltség és így a hőcserélő tömege is. Elpárologtató hőcserélőknél megoldandó feladat a folyadék egyenletes elosztása az egymás mellett elhelyezkedő hőátadó csöveken. A jó folyadékelosztást általában csak jó hatékonyságú folyadékszóró szerkezetekkel lehet elérni. Célszerű lenne olyan elpárologtató hőcserélőt létrehozni, melynél az iparban alkalmazott folyadékelosztó és -szóró szerkezetek esetén is kedvező folyadékelosztást lehetne elérni. A fenti problémák megoldását találmányunk alkalmazása teszi lehetővé. A találmányunk szerinti elpárologtató hőcserélő a jelzett problémákat oldja meg oly módon, hogy az elpárologtató hőcserélő legalább egy része olyan egymás mellett elhelyezkedő szegmensekből áll, melyekben a vízszintessel legfeljebb 30°-os szöget bezáró hőátadó csövek alkotóik mentén bordázottak oly módon, hogy a hőátadó csövek és a hozzájuk kapcsolódó bordák olyan szerkezeti egységet alkotnak, amelyben legalább három hőátadő cső és két borda van, továbbá a hőátadó csövek és a bordákból kialakított szerkezeti egységek felett vályúik vannak. Találmányunk egy kiviteli alakjánál az egymás alatt elhelyezkedő hőátadó csöveket cikcakk alakú bordák kötik össze egymással, a hőátadó csövekből és a bordákból kialakított szerkezeti egységek felett a borda testéből kialakított vályúk vannak, így a nedvesítő folyadék elő-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
