186052. lajstromszámú szabadalom • Spirálbordás cső, különösen hőcserélőkhöz
1 186052 2 A találmány tárgya spirálbordás cső, különösen hőcserélőkhöz. Mint ismeretes, különböző hőátadási tényezőjű közegek közötti hőátadáshoz többek között spirálbordás csöveket alkalmaznak, amelyek magcsőből és csavarfelület alakjában a magcsövön elhelyezkedő bordákból állnak. A nagyobb hőátadási tényezőjű közeg, például folyadék vagy kondenzálódó gőz a magcsőben, a kisebb hőátadási tényezőjű közeg, például gáz vagy levegő pedig a magcső tengelyére merőlegesen a csavarfelület menetei — a bordák — között áramlik. Ismeretesek olyan spirálbordás csövek, amelyeknél tömörfalú csavarfelületet alkalmaznak és a csavarfelület meneteinek, vagyis a bordáknak síkja merőleges a magcső tengelyére. Az ilyen geometria előnye, hogy egyszerű gyártást tesz lehetővé, amennyiben a magcsőre téglalap- vagy L-szelvényű szalagot tekercselnek és ezt a magcsövön rögzítik, vagy a magcsőből sugárirányban kifelé keskenyedő keresztmetszetű menetekből álló csavarfelületet mángorolnak ki. Az ilyen spirálbordás csövek azonban a hőátadás szempontjából egyenetlenül hatnak, ami a hőmérleg szempontjából nem kívánatos. A bordák hőmérséklete ugyanis a magcsőtől való sugárirányú távolság függvényében változik. Ha például a magcsőben a levegőnél melegebb közeg áramlik, a bordák hőmérséklete a magcsőtől sugárirányban távolodva egyre kisebb. Ugyanekkor a levegő áramlási sebessége és mennyisége ugyanabban az irányban növekszik. A bordák közötti hézagokban ugyanis a magcsőhöz közelebb kevesebb levegő áramlik, mint a magcsőtől távolabb, mert a magcső közelében a levegőnek a bordákkal érintkező áramlási útja természetszerűleg hosszabb, mint a kerület mentén. Ehhez járul, hogy középen az áramlási keresztmetszet a magcső palástjával is érintkezik, szemben a kerülettel, ahol az áramlási keresztmetszetet csak két szomszédos borda határolja. A különbség még fokozottabban jelentkezik a mángorolt bordázatú csöveknél, ahol a magcsőtől sugárirányban kifelé nemcsak a levegő áramlási útjának hossza csökken, hanem a bordák közötti hézag is növekszik. A légáramlás tehát a bordák közötti hézagokban nem egyenletes, ami a hőátadás említett kedvezőtlen alakulásával jár. Felismerték, hogy a levegő áramlásában mutatkozó egyenetlenségek gyakorlatilag kiküszöbölhetők és ezzel a tömörfalú spirálbordás csövek hőátadó képessége fokozható, vagyis termodinamikailag kedvezőbb spírálbordás csövek állíthatók elő, ha biztosítani tudják, hogy a nagyobb hőmérsékletű felületek mentén, vagyis a magcsőhöz közelebb több levegő áramoljék, mint a bordák kisebb hőmérsékletű peremeinél. Evégből olyan spirálbordás csöveket alkalmaztak, amelyeknél a légáram a bordák között a magcső felé terelődik és így a viszonylag melegebb felületek kedvezőbb hőátadási viszonyai fokozottan érvényesülhetnek. Mint kitűnt, ilyen terelőhatás a sík felülettől eltérő alakú bordákkal egyszerűen biztosítható. Ha ugyanis a bordákban olyan fodrokat alakítanak ki, amelyeknek mélysége kívülről befelé csökken, az áramlási ellenállás is hasonló jelleggel változik, vagyis a magcső közelében több levegő fog áramlani, mint a kerület mentén. Ahol a fodor mélyebb, a légáram a fodorból kilépve le is szakadhat a bordáról. így a fodor mögött 2 Örvények keletkezhetnek, amelyek egyrészt tovább növelik az áramlási ellenállást, tehát a magcső felé irányuló terelőhatást, másrészt azonban jelentősen megnövelik a bordák peremrészeinek hőátadási tényezőjét is, mert a bordák felületével érintkező határrétegek felszakadnak. Teljes külső kerülete mentén fodrozott szélű spirálbordával ellátott hőcserélő csövet ismertet például a 4224984 számú amerikai szabadalmi leírás, amely a borda alja felé csökkenő mélységű (amplitúdójú) fodrokat is említ. A befelé csökkenő mélységű fodrok a magcső felületének közelében csökkentik az áramlási ellenállást és ezzel biztosítják, hogy az áramló levegő fokozott mértékben éri a nagyobb hőmérsékletű felületeket. így fokozódik a hőátadás hatásossága, vagyis növekszik a spirálbordás cső hőátadási tényezője, amint erre a fentiekben utaltunk. Hőcserélőkhöz való olyan bordás csövet, amelynél a bordában a magcső felé csökkenő mélységű fodrok vannak kialakítva, ismertet többek között a 136634 számú magyar szabadalmi leírás is. Az ismert megoldás bordái azonban nem tömörfalú csavarfelület menetei, hanem tárcsák, amelyeket egyenként kell a magcsőre felhúzni. A bordákat ugyanis előzőleg kipréseléssel mintázat szerint át is törik. Ezt pedig csak lemezalakban lehet elvégezni. A fodrok az áttörések folytán a légáramot felszakítják és átengedik, ahelyett, hogy a magcső felé terelnék. Az 1527 860 számú NSZK-beli közrebocsátási leírás továbbá olyan megoldást ismertet, amelynél magcsőre szalagot tekercselnek és ebben előzőleg kétoldalt a szalag hosszirányú középvonala felé csökkenő mélységű hullámokat alakítanak ki. A hullámok rendeltetése, hogy feltekercseléskor a külső kerület mentén biztosítsák a szakadásmentességhez szükséges anyagszükségletet és ezzel lehetővé tegyék szélsőségesen vékony szalagok és kis szakítószilárdságú anyagok, például alumínium alkalmazását. Tekercselés előtt a szalag két szélét felhajtják, úgyhogy a csavarfelület aszimmetrikus menetekből áll, amelyeknek síkja nem merőleges a magcső alkotóira és amelyek ennek következtében kétféle bordahézagot fognak közre. Ehhez járul, hogy a hullámosítást feltekercselés közben gyakorlatilag kisimítják. Nyilvánvaló, hogy ilyen körülmények között nem lehet a légáramlás egyenletességét biztosítani, mert egyrészt gyakorlatilag nincsenek a légáramot a magcső felé terelő hatásos fodrok, másrészt a kétféle bordahézag a légáramlásban eleve aszimmetriát okoz, ami azt jelenti, hogy két szomszédos hézag közül az egyikben jobb a hőátadás, mint a másikban. A fodrozott szélű bordákkal ellátott hőcserélő csöveket felölelő technika állása tehát olyan megoldásokra korlátozódik, amelyeknél a fodrok a borda teljes kerülete mentén folytonos sort alkotnak, akár spirálbordás csövekről, akár egyenként magcsőre húzott egyedi bordákról van szó, céljuk akár a hőátadás növelése, akár a borda rögzítése és a kellő érintkezés biztosítása. Nem kínál azonban a technika állása megoldást a bordaközökben esetleg lerakódó szennyeződések viszonylag egyszerű eltávolítására, vagyis a bordaközök tisztítására, jóllehet ennek mind a hőcserélő csövek élettartama, mind a hőcserélők üzemének hatásossága szempontjából különös jelentősége van. A bordaközökben lerakódott szennyeződések ugyanis nemcsak a hőátadási tényezőt csökkentik, hanem kor5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
