193602. lajstromszámú szabadalom • Forgórészes hőcserélő
1 A találmány tárgya forgórészes hőcserélő főleg vegyi gépipari alkalmazásokra. A találmány előnyösen hasznosítható sűrű folyadékok, például polimer-oldatok kezelésére nagymolekulájú anyagok, például szintézis gumik előállításánál. Sűrű anyagok kezelésénél a hőesere intenzitása lényeges tényező. A hőátbocsátási tényező a folyadékok nagy áramlási sebességének nehézkes megvalósítása, valamint a hőcserélő felületeken létrejövő határrétegek viszonylag nagy vastagsága miatt rendszerint alacsony. A fenti probléma megoldására forgórészes hőcserélő behendezéseket fejlesztettek ki. A 20 01 083 §zámú USA-beli szabadalmi bejelentésben ismertetett hőcserélőnek hűtőszer számára megfelelő köpennyel ellátott hengeres háza van, amelynek belsejében koaxiálisán forgó hengeres elem van elrendezve, amely egyúttal hűtőszer áramoltatására alkalmasan van kiképezve. A ház belső fala és a hengeres elem külső fala közötti gyürűstér a kezelendő, hütendő folyadék áramoltatására van kiképezve. Ezáltal a hőcsere mind a ház belső falán, mindpedig a hengeres elem külső falán keresztül végbemegy. Ez a megoldás azonban a kívánt magas hőátbocsátásí tényezőt nem valósítja meg, mivel a sűrű folyadék hűtése során a gyűrűsteret határoló hőcserélő felületeken jelentős vastagságú lamináris határréteg képződik, amely a hőcsere intenzitását hátráltatja. Sűrű folyadékok, különösen polimer-oldatok kezelésénél ez ahhoz vezet, hogy az említett felületeken az idővel egyre növekvő polimer réteg rakódik le, ami a berendnzés rendszeres, költséges szétszerelését teszi szükségessé a hőcserélő felületek tisztítása céljából. A 106 47 35 számú szovjet szerzői tanúsítványban ismertetett forgórészes hőcserélővel a hőcserélési folyamat intenzitása javítható. A berendezés házból és a ház belsejében elrendezett forgórészből épül fel, amely a ház belső falával hűtőanyagáramoltató üreget képez. A forgórész forgástengelye hosszában koaxiálisán állórész van elrendezve, amely a forgórész belső falával a kezelendő sűrű folyadék áramoltatására alkalmas üreget képez. Az állórész hossztengelye mentén spirálbordázattal ellátott dob van elrendezve. A spirálbordázat a dob külső felületén található. Az állórész belső fala és a hengeres dob külső fala hütőanyag áramoltatására alkalmas gyűrűsteret határoz meg. A kezelendő sűrű folyadék áramoltatására szolgáló gyűrűstérben lapátokkal felszerelt keret van elrendezve, amely az állórészcsapokon szabadon fekszik fel. A lapátok forgókereteken csuklósán vannak elrendezve. A forgórész forgása során a keret a késekkel szabadon elfordul. A tehetetlenségi erők következtében a keret szögsebessége a forgó rész szögsebességétől különböző, pontosabban a keret forgási sebessége a forgórész for-2 2 gási sebességénél kisebb. Ez a megoldás biztosítja mindkét hőcserélő felület tisztítását. A fenti hőcserélővel a hőcserélő felületek és a hőcserében résztvevő térfogatok megfelelő aránya esetén a kezelendő sűrű folyadék és a hűtőszer között megfelelő hőátbocsátásí tényező biztosítható. Ez a hőcserélő szerkezet azonban nem teszi lehetővé a sűrű folyadék és a hűtőszer közötti hőcsere folyamat intenzifikálását, mivel a keret szögsebessége és a forgórész szögsebessége közötti különbség konstans, és így a forgórész belső falával érintkező lapátok kerületi sebessége nem növelhető. A találmánnyal célunk a hőcserefolyamat intenzitásának nsvelésére alkalmas hőcserélő elrendezés kialakítása. A megoldandó feladat olyan forgórészes hőcserélő megvalósítása, amelyben szerkezeti kialakítása révén a késekkel ellátott keret forgási sebessége csökkenthető, és ezáltal a hőcsere intenzitása növelhető. A kitűzött feladatot olyan forgórészes hőcserélő kialakításával oldottuk meg, amelynek házban elrendezett forgórésze és a forgórész forgástengelye mentén, a forgórésszel koaxiálisán elrendezett állórésze van, ahol a forgórész a ház belső falával hütőszeráramoltató üreget, az állórész a forgórész belső falával folyadékáramoltató üreget képez, és a forgórész belsejében késekkel ellátott keret van elrendezve, ahol a kések egy része az állórész külső falával, másik része pedig a forgórész belső falával érintkezik, továbbá az állórész hossztengelye mentén spirálbordákkal ellátott dob van elrendezve, amely az állórész belső falával hűtőszeráramoltató üreget képez. A forgórészes hőcserélőt a találmány szerint két bolygóművel láttuk el, amelyek a késekkel ellátott keretnek az állórész hossztengelyéhez viszonyított forgását biztosítják, és amelyeknek egy-egy napkereke van, amelyeket a forgórészen rögzítettük. A napkerekek mindegyikét legalább három bolygókerékkel kapcsoltuk össze, amelyek az állórész homlokfel ülétéin elrendezett fogaskerekekkel vannak mozgásátadó kapcsolatban, és amelyek tengelyeit bolygótarto-hídon rögzítettük. A bolygótartó:híd egyúttal a késekkel éllátott keret alapját képezi. A forgórészes hőcserélő találmány szerinti kialakítása a sűrű folyadék és a hűtőszer közötti hőcserefolyamatot azáltal intenzifikálja, hogy a bolygómű megfelelő áttételviszonyainak megválasztása esetén a forgórész belső falával érintkező kések kerületi sebességét megnöveli. Ez a tényező turbulenciákat és makroörvényeket hoz létre, amely a forgórész belső fala és az állórész külső fala közötti gyűrűstérben a hőcsere intenzitását elősegíti. A nagy turbulencia és a gyűrűstér vizsonylag csekély szélessége magas hőátbocsátási tényezőt eredményeznek nemcsak a forgórész felületén, hanem az állórész felületén keresz-193602 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
