199979. lajstromszámú szabadalom • Eljárás, valamint hőcserélő-betét hőcserélő csöveiben áramló inhomogén összetételű és/vagy inhomogén fizikai állapotú közegek hőátadásának javítására
MU 199979 B 8 A találmány szerinti hőcserélő betétből két vagy több betét közvetlenül egymás mellé térköz nélkül szerelhető be a csőbe. A találmány szerinti hőcserélő betétből a cső tengelye mentén egymást követően a betétek egymáshoz képest a cső tengelye körül elforgatva rendezhetők. A találmány szerinti hőcserélő betét oly módon is elhelyezhető, hogy a cső tengelye mentén egymás után következő betétek közül legalább az egyik betét alakja eltérő a többi betét alakjától. A találmány szerinti eljárás és a hőcserélő betét legfontosabb előnyei a következők: A találmány szerinti eljárás és hőcserélő betét áramló közegek hőátadási viszonyaiban lényeges javulást biztosit. Két vagy több komponensei közegek kétfázisú áramlása esetében a hőátadási viszonyokat azáltal javítjuk, hogy a két fázist állandó intenzív kapcsolatban van egymással. A találmány szerinti megoldás egykomponensű közegek homogenizálása esetén is azáltal jelent igen nagy előnyt, hogy a már lekondenzálódott közeg a cső falától eltávolítható, miáltal a hőátadási ellenállás jelentősen csökkenthető. Hasonló előnyök jelentkeznek olyan áramlás esetén is, ahol az áramló közeg viszkozitása okoz jelentős gondot. A találmány szerinti eljárást és hőcserélő betét alkalmazását, azaz néhány kiviteli alakját részletesen rajz alapján ismertetjük, ahol az la ábra egy önmagában ismert hullámos áramlást, az lb ábra egy önmagában ismert gyűrűs áramlást, a 2a ábra kétalkotós közeg esetében egy önmagában ismert kétfázisú áramlás ideális és valóságos hőmérséklet lefutását egy kondenzátorban, a 2b ábra az önmagában ismert kétfázisú áramlás ideális és valóságos hőmérséklet lefutását egy elpárologtatóban szemlélteti, a 3a és 3b ábrák viszkózus anyagnak áramlási sebesség és hőmérséklet eloszlását szemléltetik, a 4. ábra a találmány szerinti betét egyik lehetséges kiviteli alakját szemlélteti három nézetben, ahol a 4a ábra elölnézet, a 4b ábra oldalnézet, a 4c ábra felülnézet, a 4d ábra a-g szelvényekben, a 5. ábra a találmány szerinti betétnek egy további kiviteli alakját mutatja be őt szelvényben, a 6. ábra a találmány szerinti betétnek egy további kiviteli alakját ábrázolja öt szelvényben, a 7. ábra a találmány szerinti betétnek további kiviteli alakját szemlélteti három nézetben, ahol a 7a ábra elölnézet, a 7b ábra oldalnézet, a 7c ábra felülnézec, a 7d ábra a-f szelvényekben, a 8. ábra a találmány szerinti betétnek egy további kiviteli alakját mutatja be három nézetben, ahol a 8a ábra elölnézet, a 8b ábra oldalnézet, a 8c ábra felulnézet, a 8d ábra a-f szelvényekben, a 9. ábra a találmány szerinti betétnek egy további kiviteli alakját ábrázolja hat szelvényben. Az la ábra hullámos áramlást, az lb ábra pedig gyűrűs áramlást szemléltet. Az la ábra esetében X folyadékfázis a vízszintes vagy ferde csó alsó részében áramlik, mig Y gőzfázis fölötte halad el. Amint az lb ábrán látható a folvafékfázis a cső falához tapadva burokként veszi kórül a közepén áramló gózfázist. Mindkét példára jellemző, hogy a két fázis nem halad együtt, hanem egymástól elkülönült áramlási csatornákat képez. A 2. ábrán olyan höcserefolyamat hőmérsékletfutását (t) ábrázolja az átvitt nő (Q) függvényében, amelynél egy homogén közeg (pl. viz) hűti a kétkomponensű kétfázisú munkaközeget. A munkaközeg hőmérséklete csökken, miközben egyidejűleg oldódás és kondenzáció következik be. A víz felmelegedését a W görbe, a munkaközeg lehűlését az oldatok termodinamikája alapján számított ideális esetben Z görbe mutatja be. Amenynyiben a két fázis különváltan áramlik, és igy az áramlás során nincs állandó termodinamikai egyensúlyban, akkor a kevésbé illékony komponens nagy része gyorsabban kondenzálódik, a kondenzátum hamarább hűl le, és a gózfázis túlnyomó részét kitevő illékonyabb komponens csak később oldódik be a folyadékfázisba. Ennek következtében az elméletitől jelentősen eltérő Z’ jelű hőmérséklet-lefutás adódik. A 2a ábrán látható, hogy a hőcserélőben a két közeg hőmérséklet-különbsége jelentősen csökken (a veszteségeket a függőlegesen csíkozott terület mutatja), ezért ugyanahhoz a feladathoz nagyobb, tehát drágább hőcserélő szükséges, vagy pedig tudomásul kell venni a folyamat rosszabb termodinamikai hatásfokát (pl. romlik a hűtőgép teljesítménytényezője). A 2b ábra olyan höcsere folyamatot mutat be, amelynél vízzel melegítjük a munkaközeget. A viz hőmérséklet-lefutását a W görbe, a munkaközeg elméleti hőmérséklet-lefutását az elpárolgás és kiűzés során Z görbe, a két fázis szétválasztása következtében kialakuló valóságos lefutást pedig a Z' jelű görbe ábrázolja. Itt is a függőleges csikozású terület mutatja a termodinamikai veszteségeket. A 3a ábrán látható a csőben áramló olaj hőmérséklet és sebesség eloszlása az olajhűtó csövében. A 3b ábra a hőmérséklet eloszlást tünteti fel, amikor a csőben az olaj melegszik. Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben, azaz a melegítés közben is előnyösebb lenne 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6
