184970. lajstromszámú szabadalom • Hőcserélő berendezés, különösen hűtőgépek veszteséghőjének hasznosítására
3 184970 4 A találmány tárgya hőcserélő berendezés, különösen hűtőgépek veszteséghőjének hasznosítására, amellyel a primer és szekunder oldal közötti hőátadás szabályozható, optimumra állítható, és kis mechanikai méretek, valamint eltérő halmazállapotú áramló közegek alkalmazása esetén is a hatásfok meglepő mértékben javítható. Amint a hűtőrendszerekkel foglalkozó széles körű szakirodalomból ismeretes, a hűtőgépek a hűtendő térből elvont hőmennyiséget megfelelő — a környezetnél magasabb — hőfokszintre emelve léghűtéses kondenzátorok segítségével a környezetnek adják át. Ez a hőmennyiség, vagyis az elvont hő, valamint a meghajtóteljesítmény hőegyenértékének összege, eddig általában közvetlenül, hasznosítatlanul távozott a légkörbe. Korábban, az olcsó energia időszakában, nem fordítottak kellő figyelmet ennek a hőnek hasznosítására. Az energiaárak utóbbi években bekövetkezett emelkedése miatt napjainkban mind többen foglalkoznak energiatakarékos készülékek tervezésével, valamint az energiapazarló korábbi készülékek veszteségi hőjének hasznosításával. Napjainkban ismeretessé váltak olyan hőcserélők, amelyek segítségével ez az elvont hőmennyiség melegítési célokra használható fel, és így ezzel hagyományos fűtési energia takarítható meg. Ilyen megoldást ismertet pl. a 177,598 lsz. magyar szabadalmi leírás, mely hűtőrendszerek hulladékhőjének vízmelegítéshez történő felhasználását teszi lehetővé, ismert, primer és szekunder oldali tereket tartalmazó hőcserélővel. A hőcserélők jobb hőátadását biztosító felületnövelő elemek, vagyis bordák alkalmazására ismertetés található a 169,569 lsz. magyar szabadalmi leírásban. Az ismert megoldásoknál a hűtőgépek által elvont hőmennyiség újbóli felhasználás — melegvíz készítése vagy fűtés — után kerül vissza a környezetbe. A legismertebb ilyen hőhasznosító berendezések kereszt vagy ellenáramú koaxiális csőkígyóval rendelkeznek, vagy tekercselt lemezes hőcserélők, melyekkel a hőtároló primer oldali közeg hőleadásából a szekunder oldalon történő hőfelvétel által meleg vizet lehet készíteni használati meleg víz vagy fűtési célokra. Ezenkívül a két közeg legtöbbször különböző halmazállapotú, ez esetben a hőátadási tényezők a folyadékoldalon nagyságrenddel jobbak, ami a (gőz v. gáz) oldalon többszörösen nagyobb felületet indokolna, ez azonban csak a csövek külső és belső átmérőjének arányában növelhető. Ez a körülmény a folyadékoldalon gyenge felmelegedést, vagy pedig nagyon kis áramlási sebességet von maga után, mely utóbbi különösen elősegíti a vízkőlerakódást. Hátránya még az ismert hőcserélőnek, hogy csak meghatározott teljesítménymértékben gyárthatók gazdaságosan, így a meglevő hűtőgépek teljesítményéhez nehezen illeszthetők, ami azzal a következménnyel jár, hogy ha a hőcserélő túl nagy a felvehető teljesítményhez képest, akkor — a rajta áthaladó felmelegítendő víz is nagyobb mennyiségű lévén — a kevesebb hőmennyiség nem melegíti fel eléggé a vizet, ugyanakkor a kis mennyiségű munkaközeg túlságosan lehűl. Ha a hőcserélő kisebb a szükségesnél, akkor a rendelkezésre álló hőmennyiséget nem képes teljes egészében átvinni, és így a megtakarítás csak részleges lesz. A találmánnyal az a célunk, hogy olyan hőhasznosító berendezést szolgáltassunk, amely az ismert hőcserélők hibáit kiküszöböli, és minden meglevő géphez illeszthetően maximális energiamegtakarítást eredményez. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a hőcsere a primer oldali — rendszerint gőz v. gáz —, ill. a szekunder oldali vízközegek között közel a tökéletességig fokozható, ha a hőfelvevő felülete, nagysága a közegek halmazállapotának megfelelő, továbbá ha az áramlási sebességeket úgy választjuk meg, hogy a közegeket elválasztó falban sem hőtorlódás, sem hőhiány ne keletkezzék, vagyis hőáramlási egyensúly álljon elő. A találmány értelmében fenti felismerés alapján kitűzött célunkat olyan hőcserélő berendezéssel érjük el, amelynek hőátadó gőzt vagy gázt tartalmazó primer oldali tere és hőátvevő folyadékot, célszerűen vizet tartalmazó szekunder oldali csöve van. A szekunder oldali cső a primer oldali térben helyezkedik el, és a gázt vagy gőzt spirális pályára kényszerítő spirálbordákkal van ellátva. A spirálbordákon a gáz- vagy gőzrészecskék sebességét megváltoztató felhasítások vannak. A szekunder oldali csőben a folyadékot a gáz vagy gáz áramlási irányával ellentétes irányú spirálpályára kényszerítő terelőelem helyezkedik el. A spirálbordák előnyösen hengerléssel lehetnek a szekunder oldali cső falához rögzítve, a felhasítások és a szekunder oldali cső hossztengelye által bezárt szög értéke pedig legalább három, legfeljebb hat, előnyösen öt fok. A spirálbordákon a hőátadás akkor a legmegfelelőbb, ha a felhasítások száma mindegyik spirálbordán legalább négy és legfeljebb húsz. Ugyancsak a hőátadás javítható a terelőelem olyan kialakításával, hogy azt sokszögletes, előnyösen négyszögletes profilú, hossztengely körül elcsavart acéltestből vagy spirális alakú acélpálcákkal ellátott acélhengerből készítjük. A szekunder oldali cső és a terelőelem könnyen tisztítható, ha a primer oldali teret határoló külső köpenyben a terelőelem tengelyével azonos tengelyű és a szekunder oldali cső belső átmérőjénél nagyobb tisztítólyuk van, amelyen oldhatóan zárófedél helyezkedik el. Ezzel a megoldással a hasítékok egyrészt az „apróbordás” elv szerinti sebességnövekedést, másrészt a spirálbordák ellentétes emelkedése folytán térbeli turbulenciát okozzanak, amelyek együttes hatása révén a hőátadás a gőz v. gáz oldalon a kívánt mértékben növelhető, azáltal hogy a bordák hasítékainak száma szükség szerint növelhető vagy csökkenthető. A hőcserélő egyetlen hosszméretének változtatásával a teljesítmény jelentősen befolyásolható a gyártási típus vagy technológia megváltoztatása nélkül. A hőcserélő ezenkívül „építőszekrény” elv szerint tetszés szerinti számban egymással párhuzamosan kapcsolható, és így gyakorlatilag korlátozatlan teljesítményhatások között használható. A hőcserélő hőfelvevő felületeinek célszerűen megválasztott anyaga az alumínium, amelynek hővezető képessége jelentősen előnyösebb, mint a gyakran használt rozsdamentes acélé, ugyanakkor minden általánosan használt hűtőközeghez (freonok, ammóniák) alkalmazható. A találmány szerinti hőcserélő többféle feladat megoldására alkalmas. Általában minden olyan helyen előnyös, ahol gőz v. gáz halmazállapotú fűtőközeg folyadék (víz) közeget melegít. A hűtőgépek hőhasznosítása mellett alkalmas a hazai előállítású hőszivattyú hőátviteli elemeként való felhasználásra is. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük. A rajz, melynek azonos hivatkozási számai azonos rész5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
