198333. lajstromszámú szabadalom • Hőcserélő, előnyösen folyadék és/vagy gáz hőcseréjére
1 2 A találmány tárgya hőcserélő, előnyösen folyadék és/vagy gáz hőcseréjére, amelynek a hőcserében résztvevő közegeket befogadó koncentrikus elrendezésű csövei vannak. A gyakorlatban az energiaellátás, illetve az energiaátalakítás területén, különösen a vegyiparban általánosan alkalmazottak a különféle hőcserélők. Mint ismeretes, a hőcserélők üzemi találmányait, így alkalmazási területeiket is sokféle paraméter befolyásolja. A hőcserélő készülékekben a hőátadás a két hőcserében résztvevő közeget elválasztó fal mentén megy végbe, így a hőátadást nagy mértékben befolyásolja a fal különösen az elválasztó fal vastagsága, hővezető képessége, továbbá a fal kétoldalán kialakuló hőátadási tényező nagysága. A hőátadás hatásfokát rontja, ha a hőátadó felületek valamelyikén rossz hővezető tulajdonsággal bíró lerakódás keletkezik. Egyes közegek esetén az ilyen lerakódások kialakulása teljes mértékben nem akadályozható meg, de a hőcserélő megfelelő áramlástechnikai kialakításával a lerakódások mértéke csökkenthető. A hőátadást befolyásolja továbbá a hőcserében résztvevő közegek anyagi minősége, összetétele, valamint a közeg áramlási viszonyai. A gyakorlatban széles körben elteijedtek az úgynevezett csőköteges hőcserélők, amelyek számos feladat megoldására alkalmazhatók. Az ilyen hőcserélők lényege, hogy a csőköteg belsejében áramoltatják a hőcserében résztvevő egyik közeget, míg a másik közeg a csőköteg körül helyezkedik el. Az áramlás sebessége széles határok között változtatható. A minél kisebb, valamint a leggazdaságosabb felületkihasználás érdekében kis átmérőjű csöveket alkalmaznak, ami azonban a hőcserélő ezen oldali ellenállásának növekedésével jár együtt. A hőátadás szempontjából a csövön belüli áramlás ugyan kedvezőbb, mint a csőkötegen kívüli áramlás, azonban a fellépő ütközések miatt az áramlási ellenállás jelentős mértékben megnő. Kondenzátorként alkalmazott berendezések esetén az ismert csepphatás következtében a kondenzálódott anyag elpárologtatása miatt a hőátadás hatásfoka csökken. A lerakódásra hajlamos közegeket általában a csöveken belül áramoltatják, és a csöveket átfúvással vagy vegyszeres kezeléssel meghatározott időközönként tisztítják. A csőköteges hőcserélők hátrányos tulajdonságainak kiküszöbölésére szolgálnak az ún spirál hőcserélők, amelyekben a közegek csavarvonal alakban, kényszerpályán haladnak egymás mellett, célszerűen ellenáramban. Az ilyen hőcserélők a kedvező hőátadási viszonyok mellett számos hátrányos tulajdonsággal is rendelkeznek. így pl. előállításuk - a nehézkes hegesztés miatt — költséges, és tisztításuk is nehezen oldható meg. Egy lsnlert spirál hőcserélőt ismertet a 148 508 sz. magyar szabadalmi leírás, amely egy sugárzó hőt hasznosító, előnyösen gáz- levegő hőcseréjét biztosító hőcserélőt ír le. A hőcserélő lényegében két részből tevődik össze, és célszerűen elrendezett levegőterelö elemekkel van ellátva. A megfelelő áramiád viszonyok biztosítására a hengerpaláston határréteg megszakító bordák találhatók. Hátránya, hogy a havasolt hőcserélők felhasználási területe korlátozott, teljesítményük kicsi, továbbá a fellépő turbulens áramlás következtében az áramlási ellenállás viszonylag nagy. így ezen megoldás gazdaságtalan is. A fent ismertetett spirál hőcserélő egy továbbfejlesztett, javított hatásfokú változatát ismerteti a 186.791 sz. magyar szabadalmi leírás. Ez egy koncentrikus elrendezésű csövekből kialakított hőcserélőt ismertet, amelyben hengerpalástok által határolt térrészekben meghatározott menetemelkedésű csavarvonal mentén, szakaszonként periodikusan ismétlődően elrendezett, ívelt - előnyösen szárnylapátszerűen kialakított - merevítő és áramlásterelő bordák vannak. Ennél a kialakításánál a hengerpalástok által határolt térrészek páronként egy-egy hőcserélő elemet alkotnak, és alulról és felülről egy-egy célszerűen kialakított határológyűrűvel vannak lezárva. Az eddig alkalmazott valamennyi hőcserélő hátránya, hogy lényegében csak egyszeres átfutásúak, azaz a hőcserében résztvevő közegek csak egyízben érintkeznek egymással. Jelen találmányunk célkitűzése olyan hőcserélő kialakítása, amelynek segítségével lehetővé válik a hőcserében résztvevő közegek többszöri, előnyösen négyszeri átvezetése, érintkeztetése. Találmányunk azon a felismerésen alapszik, hogy koncentrikus elrendezésű csövek esetén, a csöveket alulról és felülről egyaránt lezáró és egy közös egységbe foglaló célszerű kialakítású záróelemekkel biztosítható, hogy a közeg többszörösen átáramoljon a hőcserélőn , és ezzel a hőcsere hatásfoka'jelentős mértékben növekedjen. A találmány szerinti célkitűzést olyan kialakítású hőcserélővel valósítják meg, amelynek koncentrikus csöveket egy közös egységbe foglaló, a csövekhez oldható kötéssel csatlakozó és a külső cső palástjához — önmagában ismert - karimakötéssel kapcsolódó, a hőcserélőt alulról és felülről lezáró, a hőcserében részvevő közegeket egymástól elválasztó és a közegek többszörös, előnyösen négyszeres keresztüláramoltatását biztosító, levegőztető szelepekkel ellátott felső elosztófeje, valamint a hőcserében résztvevő közegeket bevezető bevezetőcsonkokkal és elvezető kivezetőcsonkokkal ellátott alsó elosztófeje van. A találmány szerinti hőcserélő egy előnyös kiviteli alakjának a csöveket befogadó hornyokkal és a közegáramlást biztosító nyílásokkal ellátott osztórácsból, az osztórács csövekkel ellentétes oldalán, az osztórács átmérője mentén elhelyezett, a hőcserében résztvevő közegeket elválasztó terelőlemezből és további, azonos magasságú terelőlemezekből, valamint egy lezáró fedélből kialakított felső elosztófeje van. A találmány szerinti hőcserélő egy másik előnyös kiviteli alakjának a csöveket befogadó hornyokkal és a közegáramlást biztosító nyílásokkal ellátott osztórácsból, az osztórács csövekkel ellentétes oldalán az osztórács átmérője mentén elhelyezett, az áramló közegeket elválasztó terelőlemezből és további, eltérő magasságú terelőlemezekből, valamint az egész szerkezetet lezáró fedélből kialakított alsó elosztófeje van. A találmány szerinti hőcserélő egy további előnyös kiviteli alakjának koncentrikus körök mentén elhelyezett, váltakozó irányú íves nyílásokkal ellátott osztórácsa van. A találmány szerinti hőcserélő egy célszerű kiviteli alakja esetén a felső elosztófejében az osztórácsnak a csövekkel ellentétes oldalán a csövek palástjai által határolt térrészek felett félkörives terelőelemek talál198.333 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
