186133. lajstromszámú szabadalom • Hő- és anyagcserélő szerkezet
186133 2 A találmány hő- és anyagcserélő szerkezet, amelynek a hűtendő vizet vízfilm formájában levezető és a hűtőlevegő számára függőleges csatornákat alkotó hőcserélő felületei vannak. Hűtőtornyoknál lejátszódó nedves hő- és anyagcsere folyamat létrehozására a hőcserélő szerkezetek két alaptípusa nyer alkalmazást. Az egyik módszer amikor a hűtendő vizet a gravitációs erőtérben cseppek formájában áramoltatják lefelé és ütközés révén a cseppeket további cseppekre igyekeznek bontani. A többszörösen ismétlődő ütközések a víznek a hűtőházban stabil tartózkodási időt biztosítanak, ami biztosítja az áramló levegővel történő érintkezés révén a hő- és anyagcserét. A másik alaptípus esetén a hűtendő vizet hűtőfelületeken vízfilm formájában igyekeznek levezetni, és a hő- és anyagcsere a vízfiím és a vízfílm külső rétegével találkozó levegőáram között jön létre. Ebben az esetben a hő- és anyagcseréhez szükséges időt a felület és vízfilm között kialakuló adhéziós erő következtében létrejövő áramlási sebességcsökkenés biztosítja. Ismeretes olyan megoldás is, ahol a két alaptípust vegyesen alkalmazzák. A cseppképződés elvén működő hűtőszerkezeteknél fa vagy műanyag szórórácsokat alkalmaznak a legkülönbözőbb változatokban. Vízfilm létrehozására ismeretesek az eternit, üveg és egyéb hűtőfelületek. A filmesitési elv és cseppképződés kombinációját van hivatva az a megoldás, ahol hullámeternitből kialakított felületeknél és a kis táblamagassággal egymás fölé rakott sík eternit rétegekből megvalósított hűtőszerkezeteteknél a vízfilm képződés mellett a rétegek között cseppteret alakítanak ki. Az ismert megoldásoknál a különböző geometriai megoldások valósulnak meg, melyek azonban kizárólag a víznek a hőcsere létrejöttét biztosító, térben történő tartózkodási idejét és a hőcsere létrejöttéhez szükséges felület magasságát befolyásolták. Magát a hőcserét azonban mindezideig nem sikerült kedvezően befolyásolni. A találmány célja olyan hő- és anyagcserélő szerkezet létesítése, amely a víz és a levegő egymáshoz viszonyított áramlási irányát oly módon befolyásolja, hogy az a hőcsere létrejöttét illetve hatásosságát kedvezően befolyásolja. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a fenti célnak eleget tehetünk, ha a lefelé áramló víznek és a felfelé áramló levegőnek a függőlegestől eltérő, előnyösen rotációs mozgáskomponest biztosítunk. A találmány tehát hő- és anyagcserélő szerkezet, amelynek a hűtendő vizet vízfilm formájában levezető és a hűtőlevegő számára függőleges csatornákat alkotó hőcserélő felületei vannak. A találmány lényege, hogy a függőleges csatornákban a felülről érkező víznek és az alulról érkező levegőnek a függőleges mozgásirányokkal szöget bezáró és forgó mozgaskomponenst adó, legalább egynemű felfelé néző csúcsú kúpos csigája van. A találmány szerint a víz és levegő egymáshoz viszonyított áramlása a gravitációs erőtér és a felületek által biztosított adhéziós erő fékezőhatásán túlmenően a rotációs erőhatások kihasználásával a hő- és anyagcsere létrejöttéhez szükséges feltételeket kedvezőbbé teszi. A rotációs csiga alkalmazása lehetővé teszi, hogy a hőcserét létrehozó filmképző felület falvastagsága minimális legyen miután geometriai kialakítása nem be2 folyásolja a vízcseppek felületre jutását. A rotációs csiga ugyanakkor egyértelműen biztosítja valamennyi a hőcserélő szerkezetbe jutott vízcseppnek a levegővel történő érintkezését a hőcserélő felületeken. Ennél a hőcserélő szerkezetnél a hűtőfelületek közötti rövidrezárás teljesen ki van küszöbölve. A találmány előnyös kivitele szerint a csiga az őt befogadó hőcserélő felülethez csatlakozóan van kialakítva és a hőcserélők között legalább szakaszosan rés van. Ha úgy tekintjük, hogy a csigafelületet részek alkotják, akkor az egyes részek a hőcserélő felülethez csatlakoznak, míg a többi részek és a hőcserélő felület között rések vannak. A találmányt részletesen kiviteli példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük, ahol az ábra a találmány szerinti hőcserélő szerkezet egy kiviteli példájának perspektivikus felülnézete. Az ábrán 2 hőcserélő felületek úgy vannak kialakítva, hogy azok 1 függőleges csatornát alkotnak, amelyekbe nem ábrázolt vízelosztó rendszerről felülről áramlik be a hűtendő víz, míg alulról a hűtőlevegő. A találmány lényege értelmében az 1 csatornában felfelé néző csúcsú kúpos 3 csigák vannak elrendezve melyek legalább egymenetűek. A kiviteli példánál a 3 csigákat elméletileg 4 részek alkotják, amelyek közül egyesek a 2 hőcserélő felületekhez csatlakoznak, míg a többi 4 rész és a 2 hőcserélő felület között 5 rések vannak. Valójában ezek a részek összefüggő felületet alkotnak. A kiviteli példánál csak jelölve látszik, hogy a találmány szerint hő- és anyagcserélő szerkezetek több rétegben helyezhetők el egymástól. A találmány szerinti szerkezet működése a következő. Nem ábrázolt vízelosztó rendszer által szétosztott 6 vízcseppek a gravitációs erőtérben megközelítőleg függőleges irányban hüllnak a hőcserélő szerkezetre. A 2 hőcserélő felületeken vízfilm alakul ki és itt a hagyományos vízfilmesítési elv szerinti hőcsere játszódik le. Amint az ábrából látható a 2 hőcserélő felületek vetülete a hőcserélő szerkezet által befedett felületnek elhanyagolható, mintegy 2—3%-át teszi ki. A függőlegesen hulló vízcseppeknek tehát nagyobb része, tehát 97—98%-a a csigákra kerül. A 3 csiga, illetve a 4 síkfelületű elemek a vízcseppek et a kifelé a 2 hőcserélő felületekre vezetik, ahol is az 5 réseken át a cseppek filmképződés közben áramlanak lefelé. Az alulról az 1 csatornákba áramló levegő alulról ütközik a 2 csigákba és az a levegőt forgó mozgásra kényszeríti, amely a víz eltérítési irányával ellentétes irányú. A fent ismertetett víz- és levegő járulékos mozgáskomponensek nagymértékban növelik a hő- és anyagcsere hatásosságát. A hőcserélő szerkezet több rétegben egymás fölé helyezésével fokozni lehet a hőcserélő szerkezet hatásosságát. A rotációs elv következtében az egyes hőcserélő rétegeket elhagyó, a hőcserében már egyszer részt vett vízcseppek függőleges eltérő mozgásvektorral is rendelkeznek és így még egyenletesebbé válik a víz elosztása, illetve a hőcserélő szerkezeti részek terhelése. Ez is kedvezően befolyásolja a hő- és anyagcserét. Természetesen ugyanez vonatkozik a felfelé áramló levegőre is. A találmány szerinti hőcserélő szerkezet a rotációs csiga beépítésével azonos alapterületen 20—30%-os teljesítménynövekedést biztosít. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5h r:0 65
