201147. lajstromszámú szabadalom • Hőcserélő
1 HU 201147 B 2 A találmány tárgya hőcserélő két folyadékközeg közti hőátadás megvalósítására, melynek két, folyadékot át nem eresztő fallal elválasztott kamrája van, ezek közül az egyik az első, a másik pedig a második folyadékközeg átáramoltatására alkalmas. A hőcserélő elsősorban gépjárművek kenő- vagy hidraulikaolajának hűtésére lett kifejlesztve, ahol a hűtőközeg a motor hűtővize. Gépjárművek belsőégésű motorjainak hűtőközege elsősorban víz, vagy víz-glikol keverék, amelyet azután levegő-víz hűtőrendszerben hűtenek vissza. Abból a célból, hogy a motort ne tegyük ki különös hőterhelésnek, a hűtővíz hőmérséklete csak kis mértékben változik, miközben áthalad a levegő-víz hűtőn. Követekezésképp nagy átfolyó hűtővízmennyiség szükséges, hogy a motornál megfelelő hűtőhatást érjünk el. Modem motorok esetében szükséges a motorolajat is hűteni, és sok esetben a jármű hajtómű olaját is. Ez végrehajtható levegővel, vagy a jármű hűtővizének segítségével. Korábban az olajat olajhűtővel hűtötték, azonban ez a módszer fokozatosan háttérbe szorult, miután az alkalmazott hűtők nagy méretűek voltak, és több kellett belőlük, ami nehézkessé tette a levegőáram hűtőhatását. Következésképp egyre gyakoribbá vált az olaj hűtésére hűtőközegként a motor hűtővizét felhasználni. Elvileg ez két módon valósítható meg. Az első kiviteli alak szerint víz-olaj hűtőt alkalmaznak, amely a motor levegő-víz hűtőjében helyezkedik el. Ezt az elrendezést gyakran használják automata hajtóművek olajának hűtésére. Ebben az esetben az olajat gumicsövön vezetik a motor levegő-víz hűtőjébe. A második megoldás szerint a motor hűtővizét, vagy annak egy részét egy víz-olaj hűtőhöz vezetik, amelyet azon az egységen helyeznek el, aminek olaját hűteni kell. Tehát ekkor tömlőkön át vizet vezetnek az olaj-víz hűtőbe. Példa erre az elrendezésre, amikor az olajhűtőt a motorblokk és az olajszűrő közé illesztik. Ilyenkor a motor hűtővizének csak egy része folyik át az olajhűtőn. A fent említett módszerek közül az első szerint, ha az olajhűtőt a motor levegő-víz hűtőjében helyezik el, nehéz elkerülni, hogy az ne zavarja a vízhűtő működését, ami ugyanis elsődleges a motor hűtése szempontjából. A második megoldásnál az olaj-víz hűtőt szorosan amellett az egység mellett helyezik el, aminek az olaját hűteni kell. Ennek helyigénye nagy, és bonyolult csőrendszer szükséges a hűtővíz hűtőhöz vezetéséhez. Továbbá a hagyományos olaj-víz hűtőknek aggasztóan magas a nyomásesése a hűtővíz oldalon, és ez hátrányos a motor hűtővízrendszerében. A találmány célja olyan hőcserélő kialakítása, mellyel gépjárművek motorolaja és hajtóműolaja a motor hűtővizének segítségével visszahűthető, a hőcserélő kis tömege és térfogata ellenére nagyon hatékony, s végül a szerkezet a hűtővíz-kör alkalmas részébe építhető be, és a hűtővíz nyomásesése nagyon alacsony. A kitűzött célt olyan tárgyi kialakítással érjük el, hogy a hőcserélő elválasztó fala lényegében hengeres, keresztmetszete köralakú és tengelyirányú nyitott végei az első folyadékközeg be- és kiömlő nyílásait képezik; az első folyadékközeg hőcserélő kamrája gyűrűalakú és a hengeres elválasztó fal sugárirányú belső falán van, és az első folyadékközeg elválasztó fal beömlő csőtoldata és kiömlő csőtoldata közti fő áramlási iránya általa határolva van, miközben a beömlő csőtoldaton beáramló folyadékközegnek csupán egy része van a kamrán átáramoltatva, míg fennmaradó része a fő áramlási irány mentén jut el a kiömlő csőtoldathoz a kamrán való átáramlás nélkül; továbbá a második folyadékközeg hőcserélő kamrája gyűrűalakú és a csőszerű elválasztó fal külső felületén kívül van. Ha a találmány szerinti hőcserélő célszerűen megválasztott kiviteli alakját gépjárművek motor- és hajtómű olajának visszahűtésére használjuk, akkor nagy mennyiségű pl. az összes hűtővíz átáramoltatható a hőcserélőn igen kis áramlási veszteség és nagyon alacsony nyomásesés mellett, mivel a hűtővíznek csak az a része vesz részt a hőátadásban, amely a csőszerű elválasztó falon belüli kamrán áramlik át. Az olaj az elválasztó falon kívüli hőcserélő kamrán folyik át. Az ilyen olajhűtő beépíthető a hűtővíz tömlőjébe. Előnyösnek bizonyult az olyan kiviteli alak, amelynél a hőcserélő külső átmérője csak kismértékben nagyobb a víztömlő átmérőjénél. Az ilyen olajhűtő egyesíthető, vagy beépíthető a motor hűtővíz rendszerébe, és elkerülhető külső, kiegészítő csővezetékek és tömlők használata. Ha hajtóműolaj hűtése válik szükségessé, és a motor, valamint a hajtómű szilárd egységgé van összeépítve, akkor a szükséges csővezetékek rideg vezetékek lehetnek, és elkerülhető hajlékony tömlők alkalmazása. A találmány szerinti hőcserélő mindkét kamrája kialakítható úgy, hogy a mai szokványos hőcserélőknek megfelelően turbulens áramlás alakuljon ki a kamrákban. Azonban különös előnyt jelent, ha a találmány szerinti hőcserélő egyik vagy mindkét kamráját úgy alakítjuk ki, hogy abban lamináris legyen az áramlás a PCT/SE 84/00245 sz. nemzetközi szabadalmi leírásban ismeretetett hőátadási elveknek megfelelően. Ezen hőátadási elv igen nagy hőátszármaztatást biztosít a hőcserélő egységnyi térfogatára vonatkoztatva, ami viszonylag kis folyadékáramlást és alacsony myomásesést igényel az áramló közegtől. Ha a találmány szerinti hőcserélőt víz-olaj hűtőként használjuk, a külső kamrában folyó olaj hőátadási karakterisztikája kedvezőtlen, és az átáramló folyadékáram viszonylag kicsi. Következésképp célszerűnek bizonyult ilyen esetben a hőcserélő külső kamráját lamináris áramlásra kialakítani a fent említett szabadalmi bejelentésben foglaltaknak megfelelően. Az olaj térfogatáramát pl. belsőégésű motoroknál a motor kenési körülményei határozzák meg, és ez a folyadékáram viszonylag kicsi, így hagyományos turbulens áramlású hőcserék a találmány szerinti hőcserélőnél igen nagy méreteket eredményeznének. Automata hajtóművek esetében a szükséges olajáramot az erőátviteli rendszer határozza meg, és ez ebben az esetben olyan kicsi, hogy turbulens olajáramlás feltételezésével kivitelezhetetlenül nagy méretek adódnának. Mivel a hűtési követelményeket a maximális olajátfolyásra kell méretezni, nyilvánvaló, hogy a lehetséges legjobb hőátszármaztatási elvet kell választani. Az olaj hűtésére szolgáló motor hűtővíz hőátadási tulajdonságai nagyon jók, és elegendő mennyiségben is van jelen, így a találmány szerinti hőcserélő belső kamrája méretezhető hagyományos turbulens, vagy a fent említett lamináris áramlásra egyaránt. A hagyományos, turbulens áramlású hőátadási rendszereknél 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
