189788. lajstromszámú szabadalom • Elpárologtatandó folyadékkal érintkezésben levő hőátadó felület kialakítása és eljárás annak előállítására
1 189.788 2 A találmány tárgya: elpárologtatandó folyadékkal érintkezésben lévő hont adó felület kialakítása és eljárás annak előállítására. Ilyen hőátadó felületek olyan helyen szükségesek, áltól szilárd test hőt közöl a folyadékkal, hogy azt felforralva gőzzé alakítsa. A gőztermelés akkor a legjobb hatásfokú, ha a fűtő szilárd test és a fűtött folyadék hőmérsékletének különbsége a lehető legkisebb, vagyis az átmeneti hőellenállás kicsi. Az ilyen hőátadó felület előnyösen alkalmazható hőcsövek elpárologtató szakaszának belső felületeként, de más hőtechnikai és vegyipari gőztermelő kazánok, üstök (például desztilláló berendezések) belső felületeként is. Folyadékok forralással történő e[párologtatásának gyakorlata igen régi, és sok tapasztalatot ^hozotthogy csak egy példát említsünk: horzsakő, "forrkő alkalmazása a túlhevítés és a forrás egyenletességének kiküszöbölésére. A forrási jelenségek tudományos vizsgálata is (égen megkezdődött (Nukijama, S.J. Soc.Mech.Eng, Japán, 37, 367 (1934), a kérdéskör részletes vizsgálatát azonban a hőcsövek működéselméletének és technikájának elemzése során kezdték meg. E vizsgálatokat, bő szabadalmi és szakirodalmi irodaloirgegyzékkel ellátva, részletesen tárgyalja P.D. Dunn és D.A. Reay: Hőcsövek című könyve (Műszaki Könyvkiadó, 1982), különösen annak 2.8. fejezete, ezért ezeket itt csak röviden foglaljuk össze. Az oldalszám megadása a továbbiakban e könyvre vonatkozik. Egy' fűtő felületről, az azt borító folyadékba irányuló hőáramsűrűség kis értékeinél a hőt részben hővezetés, részben a természetes konvekcíó szállítja a folyadék felszínéhez. Az elpárolgás a folyadék felszínén megy végbe. Ha a hőáramsűrűség nő, a fallal érintkező folyadék fokozatosan túLhevítetté válik és buborékok alakulnak ki a magképződési helyeken. Ezek a buborékok a párolgáshőnek megfelelő energiát szállítanak a felülethez, és nagy mértékben növelik a konvektiv hó'szállitást is, így igen nagy hőszállításértékek érhetők el egészen csekély hőmérsékletkülönbséggel, ez az űn. buborékos forrás tartománya. Tovább növelve a hőáramsűrűséget, a buborékok összeérnek, a folyadék nehezen éri el a felületet, folyamatos gőzhártya képződik (hártyás forrás tartománya\ és jelentősen megnő az azonos hőáramsűrűség biztosításához szükséges hőmérsékletkülönbség. Ha a felületet a folyadék nem, vagy csak rosszul nedvesíti, a keletkező buborékok nehezen szakadnak le, kisebb hőáramsűrűségnél áll elő az energetikailag kedvezőtlenebb hártyás forrás. Hőcsövek esetén a helyzetet bonyolítja a munkafolyadék visszaszállítását és elosztását végző, a fűtő felületet gyakran borító kanác (itt e fogalomba beleértjük a felület érdesítésével, rovátkold sáv al, stb. létrehozott kapilláris rendszert is), amelynek működése szintén jó nedvesítést igényel. Mindezekért hőcsövekben mindig nedvesítő folyadékokat használnak (25, 97, 115. oldal), és gondosan tisztítják a felületeket (159. oldal), egyes esetekben nedvesítő adalékokat is alkalmaznak (1 281272. sz. angol szabadalom). A buborékok létrejöttéhez azonban magképző helyekre is szükség van, ilyenek a karcos, durva felületek, és a felszabaduló abszorbeált gázok (utóbbiak zavarják a legtöbb hőcső működését, jelenlétüket ezért kerülik). Sík, jól nedvesítő felületen a magképződés nehezen indul meg, és a felület jelentős túlfűtésére van szükség (58-59. old.) Az érdes felületeknél tapasztalataink szerint (és az idézett könyv 2.27 b abrája is ezt mutatja) mindig a karcok mélye szolgál magképzőhelyként, míg a csúcsokon sosem képződnek buborékok. A karcok mélyén képződő buborék azonban a felületet jól nedvesítő fonadék esetében konkáv módon gprbült felületű (lásd 3/a ábrát is), amelyen a folyadék tenziója kisebb, e buborékok megnövesztéséhez. ismét a felület túlfűtése szükséges, ha ennek mértéke kisebb is, mint a sima felületek esetében. Fenti hatások következtében a hőcsövek belső hőellenáltósai között a fűtő felület és a folyadék határán fellépő hőellenállás a domináns, szinte egymaga szabja meg a hőcső belső hőszállító képességét (77. old. 2.8. tábL). A találmány célja olyan hőátadó felület kialakítása, amely megszünteti a jó nedvesítés fent említett hátrányait, olyan gócképződési helyeket biztosít, amelyeknél a kezdődő buborékba irányuló tenziócsökkenés kisebb vagy éppen tenziónövekedés áll elő, ugyanakkor biztosítja a buborékok könnyű leszakadását is, ezzel csökkenti a hőátadó felület szükséges túlfűtésének mértékét, és hőcső esetében ezzel növelt annak hőszállító képességét. A találmány szerinti hőátadó felület kialakítása azon a felismerésen alapul, hogy ha egy általában nedvesíthető felületen nem nedvesedő, vagy rosszul nedvesedő helyek vannak, azok magképző helyként szolgálnak. E helyeken a buborékok kevésbé, vagy éppen konvex irányban görbültek (lásd 3/b és 3/c ábrát is), gyorsan nőnek és ezáltal csökken a felület túlfűtésének szükséges mértéke. Ugyanakkor, mivel a nem vagy rosszul nedvesedő helyek kiterjedése kicsi, a növekvő buborék hamar túlnő e területeken, ekkor leszakad a felületről, tehát nem vezet a kedvezőtlen hártyás forrás kialakulásához. A nem vagy rosszul nedvesedő felületrészek alakjának, nagyságának egymástól való távolságának, eloszlásának, összterületének a nedvesíthető felülethez való arányának megválasztásával optimalizálhatjuk a felületet az adott szilárd anyag, és munkafolyadék, illetve a kívánt működési hőmérséklet vonatkozásában. A kitűzött célt a találmány szerint úgy étjük el, hogy az elpárologtatandó folyadék által jól nedvesíthető felületen az eddig kialakult gyakorlattal szöges ellentétben, periodikusan vagy statisztikusan elszórtan ugyanezen folyadék által nem vagy csak rosszul nedvesíthető, célszerűen 0,1-1 mm nagyságú, helyeket hozunk létre. A találmány szerinti hőátadó felület egy előnyös kiviteli alakja szerint a nem vagy csak rosszul nedvesíthető helyek a jól nedvesíthető fel illet mélyedéseiben helyezkednek el. Az ismertetett hőátadó felület kialakítását a szintén e találmány tárgyát képező eljárással például úgy valósítjuk meg, hogy az elpárologtatandó folyadék által jól nedvesíthető anyagból készült felületre célszerűen karcolással előbb mélyedéseket pl. hornyokat hozunk létre, majd a teljes felületet víztaszító (folyadéktaszító) szerekkel (pl. szilán- vagy szilikon vegyületekkel) nem vagy csak rosszul nedvesíthetővé tesszük és/vagy ilyen réteggel vonjuk be, végül a nem vagy csak rosszul nedvesíthető felületet és/vagy réteget a könnyen hozzáférhető helyekről például finom csiszolópapírral vagy forgácsolással (egy finom érintőfogással) eltávolítjuk. A találmány szerinti eljárás egy változata szerint az elpárologtatandó folyadékkal nem,vagy csak rosszul nedvesíthető anyagból készült felületre jól nedvesíthető réteget viszünk fel, célszerűen például galvanizálással, vagy árammentes fémleválasztással, majd ezt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
