197087. lajstromszámú szabadalom • Lemez elemekből összeállított rekuperatív hőcserélő készülék, előnyösen gázok hőenergiájának visszanyerésére
1 197 007 2 Találmányunk tárgya egy lemezelemekből összeépíthető rekuperatfv hőcserélő, amelynél az elemek többszörözésével, valamint közös gyűtő- és elosztóterekhez csatolásával lehet a berendezést összeállítani. A lemezes elemek alkalmazásának előnye, hogy a relatíve kicsi térfogatban lehet nagy hőátadást elérni, további poros gázok esetén az elemek felépítéséből következik az a tulajdonságuk, hogy rajtuk a hőátadást jelentősen rontó porréteg lerakódni nem tud, s így a berendezés hatásfoka nem romlik észrevehetően. A berendezés egy speciális kialakítási formájánál a rekuperátor olyan, hogy egyúttal nagyrészt portalanítja is a rajta átmenő füstgázt. Mint ismeretes a rekuperatfv hőcserélő készülékek feladata az, hogy valamely hőhordozó közegből többnyire füstgázból egy nála alacsonyabb hőmérsékletű másik hőhordozó közeghez közvetítse a hőenergiát. Ezen hőcserélő készülékek egyik leglényegesebb típusát képviselik a rekuperatfv hőcserélők (rekuperátorok). Ezeknél a két hőhordozó közeg egyidejűleg áramlik át a berendezésen és a hőenergia a közegeket elválasztó falon keresztül jut el a melegebb közegtől a hidegebbe. A rekuperatfv hőcserélők felépítése a két közeg áramlási irányától függően a következő lehet: — ellenáramú, — egyenáramú, — keresztáramú. A három áramlási típusú hőcserélőt összehasonlítva megállapíthatjuk, hogy azonos belépő hőmérsékletek mellett azonos közegmennyiségek, hőátbocsátási tényezők és felületek esetén az ellenáramú berendezés adja a legnagyobb hőmérsékletet. Az egyenáramú hőcserélő előnye az, hogy hőátadó felületeinek hőmérséklete kiegyenlítettebb, míg a keresztáramú hőcserélő egyszerű konstrukciójával tűnik ki. A hőátadás módját tekintve a hőcserélők lehetnek sugárzó hőátadással vagy konvektiv hőátadással üzemelők. A sugárzó hőátadással üzemelő hőcserélők általában 1000 K hőmérséklet feletti füstgázok hőhasznosftására, míg ezen hőmérséklethatár alatt inkább a konvektiv hőátadás a szokásos. A konvenktív hőátadás akkor a legelőnyösebb, ha az áramlás turbulens, s így az áramló gázrészecskék jelentős része nem párhuzamosan, hanem merőlegesen találkozik a hőátadást közvetítő felülettel. A hőcserélők leggyakoribb típusa a csőköteges hőcserélő, amelynél két dob között húzódik a csőköteg és az egyik közeg a csőkötegen belül, a másik a csőkötegen kívül áramlik. Ezen berendezés hátránya az, hogy előállítása nehézkes és körülményes, a magasabb hőmérsékletű hőcserélökhöz rendkívül drága hőálló acélcsövek szükségesek, továbbá az, hogy poros vagy más szennyeződést tartalmazó hőátadó közeg esetén a gyors elpiszkolódás miatt rendkívül rövid üzemidő után megromlik a hőátadás és szükségessé válik a tisztító karbantartás, ami azonban ugyancsak nehézkes és bonyolult tevékenység. A csöves hőcserélők esetében fellépő problémák egy részét küszöbölik ki a lemezes hőcserélők, amelyeknél a hőhordozó közegeket sima vagy profilos lemezek választják el egymástól. Ilyen berendezéseket gyárt az ALFA-LAVAL cég. A PHE típusú lemezes hőcserélőben bordázott lemezek vannak elhelyezve és egyes lemezeket szilikon-gumitömftéssel látják cl, majd a lemezeket egy keret segítségével szorosan egymáshoz szorítják. A lemezek négy sarkában egy-egy átmenő nyílás van, amelyek közül kettőnek a tömítése olyan, hogy lehetővé teszi a lemez egy oldalára való beömlést, míg a másik két tömítés a lemez másik oldalára történő beömlést teszi lehetővé. Ily módon a lemezkötegben minden egyes lemez oldalain eltérő csatlakozású terek alakulnak ki, amelyekben áramolnak a hőcserében részt vevő közegek. Ezen hőcserélő készülékek előnye, hogy az azonos teljesítményt nyújtó csöves hőcserélőhez képest fél térfogattal lehet megoldani vele a hőcserét. Hátránya viszont az, hogy csak viszonylag alacsony közeghőmérsékletek esetén alkalmazható. Ezért ezeket általában gáz/folyadék közötti hőcsere lebonyolítására alkalmazzák. Az ALFA-LAVAL cég által gyártott LHE lamellás hőcserélőnél profilos lemezekből összehegesztett, majd ezen lemezeket alul-fölül közösítő és a profilban levő nyílásoknak megfelelő nyílásokkal rendelkező határoló lemezek vannak, s ezáltal egy hőcserélő köteg keletkezik, amely olyannak tekinthető, mintha egy csöves hőcserélőnél az egyes párhuzamos síkokba eső csöveket lemezekkel a csövek középvonalában összekötnénk. A megoldás legfőbb előnye azonban, hogy az azonos teljesítményű csöves hőcserélőhöz képest egynegyed térfogatban alakítható ki, ugyanakkor a turbulens áramlás miatt a hőátadás megjavul, s mivel hegesztett kivitelű, magasabb, közelítően 6—700 "C hőmérsékletű füstgáz hőenergiájának visszanyerésére alkalmas. Ezen megoldásnak továbbra is hátránya az, hogy szennyezett hőhordozó közeg esetén a szennyezés lerakódása a hőátadást csökkenti és ennek eltávolítása különösen abban az esetben, ha a szennyezett közeg a belső csöveken áramlik rendkívül nehezen. Találmányunkkal olyan hőcserélőt kívánunk létrehozni, amely minimális tértfogatban maximális teljesítménnyel rendelkezik. Ugyanakkor alkalmas 3000 K hőmérséklet fölötti gázok hőenergiájának hasznosítására, poros vagy egyéb szennyeződéseket hordozó hőleadó közeg esetén hosszú időn keresztül tisztítás nélkül használható anélkül, hogy a hőátadás jelentősen csökkenne és emellett gyártása, szerelése egyszerű, s olcsó kivitelű. A kitűzött célt egy olyan hőcserélő elemekből összeállított rekuperatfv hőcserélő készülékkel értük el, amelyben a hőcserében részt vevő két közeget profilos lemezekből kialakított hőcserefelületek választják el. Két-két profilos lemez profilos részei párhuzamos áteresztő csatornákat képeznek és ezek közül a két-két profilos lemez közül az egymással szembefordítottak két végükön össze vannak erősítve előnyösen hegesztéssel. Az ily módon összeerősített két profilos lemez oldalaihoz az áteresztő csatornákra merőleges azok belső teréhez kapcsolódó belső terekkel rendelkező elosztó idom és gyűjtőidom van, s ezen profilos lemezekből gyűjtőidomból és elosztó idomból álló együttes alkot egy hőcserélő elemet. A hőcserélő elemek gyűjtői5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
