201840. lajstromszámú szabadalom • Keresztáramú hűtőbetét
HU 201840 B A találmány tárgya keresztáramú hűtőbetét gáznemű és folyadék halmazállapotú anyagok hőés/vagy anyagátadás elősegítésére, - különösen hűtőtornyokhoz és gáztalanítókhoz- amelyek egymás mellett elhelyezkedő téglalap alakú függőleges lemezekből állnak, és amelyeknek felületén párhuzamos bemélyedések vannak kialakítva. Gázok és folyadékok közötti közvetlen hő- és anyagátadási folyamatoknál, - így pl. hőtornyoknál - szokásos megoldás, hogy a folyadékot egymás mellett elhelyezkedő közel függőleges felületű hűtőbetétekre vezetve osztják szét. A keresztáramú hűtőbetétnél a folyadék pl. víz lefelé, míg a gáz pl. levegő közel vízszintesen áramlik, így tehát a két közeg keresztezi egymást. Ismeretesek olyan keresztáramú hűtőbetétek, amelyek lényegében olyan sík lemezek, amelyeknek felületén a víz függőlegesen folyik lefelé és a levegő a párhuzamos lemezek között vízszintes irányban áramlik. Ismeretesek olyan műanyag lemezekből készített hűtőbetétek, amelyeknek felületén a vízszintessel 45°-os szöget bezáró hullámvonal alakú bemélyedés húzódik végig. Két-két szomszédos lemezt egymással szemben fordítva a hullámalakú csatornák keresztezik egymást. Az említett hullámlemezzel kialakított keresztáramú betét tárgyát képezi pl. az US 3 415 502 sz. szabadalmi irat. Az ábrából látható, hogy mind a folyadék, mind a levegő részére azonos keresztmetszetű csatornák állnak rendelkezésre. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy a közel 45°-os csatornákon a hűtőbetétre felülről rávezetett folyadék oldalirányban elfolyik és nem vesz részt a hő- és anyagátadásban. A fenti hátrány kiküszöbölésére ad javaslatot az US 3 947 532 sz. szabadalmi irat, ahol a téglalap keresztmetszetű hűtőbetét hossza mentén folyadék visszaterelő lemezeket helyeznek el. Erre a megoldásra is jellemző, hogy a folyadék és a levegő azonos méretű csatornákon áramlik keresztül. Az említett keresztáramú hűtőbetéteknél a levegő ferde csatornákon áramlik keresztül. A ferde csatornákban történő belépés azonban mindig iránytöréssel jár, ami a szerkezet áramlási ellenállását jelentősen növeli. Találmányunkkal célkitűzésünk olyan hűtőbetét létrehozása volt, amelynél a fent említett hátrányok nem lépnek fel, ugyanakkor a folyadék és gáz közötti intenzív kapcsolat egy kis áramlási ellenállású szerkezet révén biztosítható. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy csupán a gázáram áramlási ellenálásának csökkentésére kell törekedni, amikor a folyadék nagyobb ellenállású keresztmetszeten áramlik és ekkor a betét tulajdonságai nem romlanak. A keresztmetszeteket tehát úgy kell kialakítani, hogy a gázáram részére lényegesen nagyobb és lehetőleg éles törésektől mentes csatorna alakuljon ki, míg a folyadék áramlására rendelkezésre álló keresztmetszet esetében ennek a fenti kívánságnak kisebb a jelentősége. Célkitűzésünk a találmány szerint olyan keresztáramú hűtőbetéttel oldható meg, ahol a hő- és anyagátadási folyamatban résztvevő egyik közeg, a 1 folyadék, függőlegesen felülről lefelé mutató főirány körül cikk-cakk alakban áramlik, míg a másik, a gáznemű közeg - pl. levegő - közel vízszintes tengelyű párhuzamos csatornákon áramlik keresztül. A találmány szerinti szerkezet egymás mellett párhuzamosan elhelyezkedő fólia-szerű függőleges lemezekből áll, amelynek felületén olyan gázcsatornák találhatók, amelyek egyenes szakaszokkal induló és egyenes szakasszal végződő, elnyújtott hullámvonal alakúak, miáltal két szomszédos lemezen a gázcsatornák ellenkező fázisban haladnak, ezért egyes helyeken együtt haladnak, másutt egymáshoz képest eltolódnak, egyes helyeken pedig az alulrólfelülről szomszédos gázcsatornával érnek össze. Az összenyíló gázcsatornák a folyadék részére változó keresztmetszetű csatornákat alkotnak. Két szomszédos lemez ilyen kialakításával a lemezek egyes részei lencse alakú felületeken egymásra fekszenek fel. Ezeken az érintkező felületeken a lemezek egymáshoz rögzíthetők, miáltal kellő szilárdságú betéttömb alakítható ki. Két lemez közötti érintkező felületek mindig azon gázcsatornaszakaszok alatt és felett alakulnak ki, ahol a két lemez egymás felé forduló gázcsatornái a csatorna talpmagasságánál tovább nem csúsznak el egymástól. További érintkező felületek alakulhatnak ki azokban a síkokban, ahol a gázcsatornák a csatorna összmagasságánál nagyobb mértékben csúsznak el egymástól. A folyadékcsatornák létrejöttéhez az szükséges, hogy az elsőként említett érintkező felületek vízszintes irányban ne legyenek összefüggők, azaz a hullámvonal amplitúdója a gázcsatornák talpmagasságának felénél nagyobb legyen. A folyadékcsatornát ez esetben a lemez teljes, a szomszédos lemezzel nem érintkező felülete határolja, melynek mérete az érintkezési felületek vízszintes középsíkjában minimális. Ez a minimális méret a gázcsatorna keresztmetszetének felénél kisebb. A találmány szerinti keresztáramú hűtőbetétnél tehát, mint említettük a levegő az elnyújtott hullámvonal alakú csatornákon áramlik keresztül, míg a folyadék lényegében a légcsatomákra merőleges főirányban létrejövő csatornák falán áramlik felülről lefelé. A találmány szerinti szerkezeti elrendezés révén kis gázoldali áramlási nyomásveszteség mellett a folyamatban résztvevő közegek között az áramló közegek erős keveredésének, többszöri részáramokra történő bontásának következtében mindig igen intenzív hő- és anyagátadási folyamat jön létre. A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál a gázcsatornák hullámvonalának amplitúdója a gázcsatornák függőleges osztásának negyede. Ez esetben a szomszédos lemezek érintkező felületeinek száma a kisebb hullámamplitúdójú kivitelhez képest megkétszereződik, aminek eredményeként a folyadékáram turbulenciája fokozódik, és a hűtőbetét mechanikailag szilárdabbra készíthető. A találmány szerinti megoldás egy előnyös kiviteli alakjánál a gázcsatornák középvonalai a vízszintes irányhoz képest max. 15°-os lejtéssel rendelkezhetnek. A gázcsatornák lejtős elrendezése kettős célt szolgál. Egyrészt biztosítja, hogy folyadék-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
