145738. lajstromszámú szabadalom • Hőcserélők bordáinak kiképzése

Megjelent: 1959. december 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.738. SZÁM 17. f. OSZTÁLY — HE—275. ALAPSZÁM Hőcserélők bordáinak kiképzése Dr. Heller László és Forgó László mérnökök, Budapest A bejelentés napja: 1956. július 13. Ismeretes, hogy olyan esetekben, amikor két egymástól lényegesen eltérő hőátadási tényezőjű hőhordozó közeg között kell hőcserét létesíteni, célszerű bordázott felületű hőcserélő készülékeket alkalmazni. A bordázott felület alkalmazása a rosszabb hőátadási tényezőjű oldalon szükséges. Az 1. ábra példaképpen egy ilyen hőcserélő készüléket ábrázol vázlatosan, hosszmetszetben, a 2. ábra keresztmetszetben. Az ábrákban (1) jelöli a jobb hőátadási tényezőjű hőhordozó közeg részére szolgáló (lapos vagy körkeresztmetszetű) csöveket, (2) a csövekkel fémes hővezetői kapcsolatban álló bordákat. Ezeket a bordákat lehet pl. annyi darabból előállítani, ahány csőből a hőcserélő készülék áll. A gyártási költségek csökkentése céljából célszerű azonban a (2) bordákat egy darabból kipréselni. A továbbiakban csupán ilyen, gazdaságosan gyártható, egy darabból kipréselt, több cső részére szolgáló bordákról lesz szó. Tiszta keresztáramú hőcsere esetében a rosszabb hőátadási tényezőjű (külső) közeg az ábrán (k)-val jelölt nyilak, a jobb hőátadási tényezőjű (belső) közeg a (b)-vel jelölt nyilak irányában áramlik. Az ábra szerinti áramlási képnek megfelelően a hőcsere következtében mindkét áramló közeg hőmérséklete változik a (k), illetőleg (b) jelű nyilak irányában. A belső közeg hőmérsékletének változása az (1) jelű csövek mindegyikében azonos irányú (vagy felmelegedés, vagy lehűlés), azonban nem egyenlő mértékű (még akkor sem, ha az egyes csövekben egyenlő mennyiségek áramlanak). Ha megvizsgáljuk a hőmérsékleteloszlást, az egyes bordákon belül, azt találjuk, hogy a bordaanyag hőmérséklete a belső közeg belépési helyénél — minden egyes cső közelében — azonos, minthogy ezen a helyen a belső közeg hőmérséklete is azonos minden csőben. Ezért ezen a helyen az egyes bordákban a hőcsere következtében csupán a 2. ábrában feltüntetett (m) jelű nyilak irányában folyik hőáramlás a külső közeg áramlási irányára merőlegesen, azonban a <h) jelű nyilak irányában nem, minthogy a csövekben áramló belső közeg hőmérséklete minden csőben egyenlő. A belső közeg hőmérsékletváltozása azonban a (b) nyilak irányában nem egyenlő és ezért a belső közeg belépési helyétől bizonyos távolságban, már hőmérsékletkülönbségek mutatkoznak egyes bordákon belül is, a külső közeg áramlása irányában a különböző csövek közelében. Ennek megfelelően itt már keletkezik hőáramlás az egyes bordákban a (h) jelű nyilak irányában is. Ez a másodlagosnak nevezhető hőáramlás mindaddig elősegíti a hőcserét, amíg tiszta keresztáramlásról van szó. Vannak azonban olyan esetek, amikor a hőcserében résztvevő hőhordozó közegek közötti hőmérsékletkülönbség jobb kihasználása érdekében célszerű a tiszta keresztáram helyett ún. keresztáram-ellenáram kapcsolást választani, amelyet vázlatosan a 3. ábra tüntet fel. Ezen az ábrán is a (k) jelű nyilak a külső, a (b) jelű nyilak a belső közeg áramlásának irányát jelölik. Amint az ábra mutatja, a legalsó borda egybeesik a belső közeg belépési és kilépési helyével, azzal a hellyel, ahol a belépő és kilépő belső közeg között a legnagyobb a hőmérsékletkülönbség. Ezért ebben a bordában amint a 4. ábra mutatja, mind az (m), mind a (h) jelű nyilak irányában folyik hőáramlás. Ez esetben azonban a (h) irányban az ábrán bejelölt szaggatott vonalon keresztül áramló hőmennyiség káros, mert a belső hőhordozó közegben a hőcsere következtében előállott hőmérsékletkülönbséget csökkenti. Ezt a hátrányt kétféleképpen lehet kiküszöbölni. Vagy úgy, hogy a (h) nyíl irányában a két első és a két második csövet, amelyekben a belső hőhordozó közeg azonos irányban áramlik, egy-egy külön bordával látjuk el, amelyek nem függenek össze egymással, vagy a jelen találmány sezrint oly módon, hogy a 4 csőre közösen felfűzött összefüggő borda anyagában a 2. és 3. cső között préseléssel egy, a 4. ábrában (3) jelű bevágást állítunk elő. Ha a bordákat a belső közeget egy irányban szállító csőcsoportoknak megfelelően több darabból állítjuk elő, az előállítási költségek a nagyobb darabszám miatt növekszenek. A találmány szerinti megoldásnál azonban a bordák, függetlenül a belső közeg áramlásának irányától, egy darabból — kisebb előállítási költséggel — készíthetők. A 3. ábra csak példaképpeni megoldást tüntet fel. A gyakorlatban előadódhatnak esetek, amikor a belső közeg egyik irányban való áramoltatásához csupán egy, vagy kettőnél több csőre van szükség. Ilyen esetekben a