165445. lajstromszámú szabadalom • Abszorpciós hűtőaggregát segédgázzal
165445 6 szonyszám értéke, mekkora a dús gáz fr végkoncentrációja, az egységnyi súlyú NH3 -ra vonatkoztatva átáramoltatott H2 -segédgáz mennyisége és a gázhőcserélő kFghcg hőátadási tényezője. A feladat megoldását az a és b segédvonalak adják. A kívánt aggregát tehát például 1 méter magas lehet, ekkor a hidrogéncirkuláció megengedett teljes Ap nyomásvesztesége 2 vízmm. Az aggregát 0,2 m magas is lehet, ebben az esetben a nyomásveszteséget 0,4 vízmm-re kell csökkenteni. A fr értéke 5®%, óránként 0,7X250 = 175' liter H2 áramlik át, és a gázhőcserélő kF tényezője értékének 8 kcal/h °C-nak kell lennie. A fenti görbeseregből világosan kitűnnek a feladat nehézségei. 45 W hűtőteljesítmény mellett, ha az elméleti elpárologtatási véghőmérséklet és a tényleges közepes szekrényhőmérséklet között At = 5 °C az eltérés, továbbá H = 0,4 m és elhanyagoljuk az elpárologtató, valamint az elnyelető Ap-jét, amely szükség esetén igen kis értéken tartható, a következő követelmények adódnak: két hőmérsékletű mélyhűtő hűtőszekrény rekesz hivatkozási pont R F GNH Jkg/h) 0,15 0,15 H/Ap 0,125 2,0 kFghcs (kcal/h °C) 2 32 ^Pnorm 3,2 0,2 Mélyhűtő rekesznél tehát 16-szor kisebb nyomásveszteség mellett 16-szor nagyobb hőátadást kell létrehozni. A szakember számára ebből is világos, hogy milyen rendkívüli nehézségekkel kell megküzdeni. A problémák a gyakorlatban sajnos még nagyobbak, mint várnánk. Ennek okát a 3. ábra alapján világítjuk meg. Nagyszámú mérést végeztünk különféle kialakítású ellenáramú gázhőcserélőkkel, 20 att nyomású és változó mennyiségű hidrogén alkalmazásával. Megállapítottuk, hogy geometriailag hasonló keresztmetszetű csöveknél, ha a cső átmérője „d", a nyomásveszteségre a következő összefüggés érvényes: Ap2 *» O' ugyanakkor a kF hőátadási tényező a csövek d átmérőjétől messzemenően független. Ezzel szemben az ismert hőátadás-számítási eljárások alapján kapott eredmények az ilyen, erősen lamináris áramlásoknál annál jobban eltérnek a gyakorlati értékektől, minél bonyolultabb a hőcserélő felépítése. Különösen kis átáramló térfogat esetén gyakori, hogy a mért érték csak töredéke a számítások alapján várhatónak. Ennek oka egyrészt az lehet, hogy úgynevezett holtvíz-zónák keletkeznek, amelyek egyáltalán nem vesznek részt a hőcserében, másrészt az, hogy párhuzamos áramlásoknál egyenlőtlen a közeg eloszlása, ami a hőegyensúly szempontjából ter-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 mészetesen igen hátrányos következményekkel jár. A 3. ábrán az 1 m hőcserélőhosszra vonatkoztatott mért kF-értékeket tüntettük fel, különféle kialakítású hőcserélők esetén. Az I típusú hőcserélő két, egymással párhuzamosan haladó, hosszanti hegesztéssel egyesített Ai és A2 csőből áll. A II típusnál a két cső koncentrikus, a III típusnál felosztás útján több csatornát és járulékos hőátadó felületet alakítottunk 'ki. A IV típus köteges szerkezetű hőcserélő, amelynél köpenycsőben 52 párhuzamos cső van elrendezve. V = 60 liter/h átáramlási sebesség mellett az I —IV típusokra igen közeli értékek adódnak, holott például a IV típus elméleti értékei legalább harmincszor nagyobbak. Az átáramlási sebesség növekedésével a mért értékek az elméleti számításoknak megfelelő jelleggel szétválnak, de a gyakorlatilag alkalmazható tartományban (V = 50 : 250 liter/h) a III és IV típus eltérései rendkívül nagyok. Csak a I típus tiszta, egyszerű áramlása felel meg az egész tartományban a várakozásnak. A II típus a felső szakaszon közelíti az elméleti értékeket. A fenti jelenségek okának tisztázásához még beható vizsgálatok szükségesek. A 4. ábra mélyhűtő aggregát vázlata. Ez anynyiban tér el az 1. ábra szerintitől, hogy a 18 gázhőcserélőben és a 20 elpárologtatóban párhuzamos 22 csatornákban áramlik a hűtőközeg, úgyhogy ezen elemiek Ap nyomásvesztesége igen kicsi és nagy keringtetési térfogat adódik. így alacsony hőmérsékleten megfelelően nagy hűtőteljesítményt várnánk (H/Ap- és kFshcs -értéke a 2. ábra szerint nagy). Sajnos normál felépítésű hőcserélő esetén (nem ábrázoltuk), amelynél a felszálló áramlások felül közös térben találkoznak, és ebből indulnak ki a leszálló áramlások, a gyakorlati mérések igen rossz eredményeket adnak. Mind az elpárologtatási teljesítmény, mind a hőátadás meglepő. Az utóbbi csak körülbelül a '3. ábra IV típusának megfelelő értéket éri el. Ennek oka, mint utólag, a kedvezőtlen körülmény megszüntetésével megállapítottuk, a felépítés és a hozzávezetések inhomogenitása, ami a keresztmetszet mentén igen egyenlőtlen eloszlást eredményez. A kapilláris rétegen fellépő inhomogén párolgás a csatornákban az egyes áramlások egyenlőtlen feltöltődését eredményezi, úgyhogy a hajtási különbségek újfent nagy sebességi és mennyiségi eltéréseket eredményeznek a keresztmetszet mentén, mivel a gázáramlás számára is adott a legkisebb ellenállású út választásának lehetősége. Meglepő mértékű javulást érünk el, ha a 4. ábra szerinti elrendezést az 5, ábra szerinti kivitelben készítjük el. Ennél az elpárologtató kűlönáló 22 csatornákba átmenve van a tetőig vezetve, és csupán az egymás melletti Ai—A2 ; B t — B2; Ci—C2 csatornapárok vannak egy-egy 23 nyílással összekötve, a csatornák egyébként csoportonként radiális 28 falakkal és tangenciális 30 falakkal el vannak választva egymástól. A H2 , illetve a H2 + NH3 keresztirányban, például az
