194389. lajstromszámú szabadalom • Rotációs hőcserélő
1 194.389 2 A találmány tárgya rotációs hőcserélő, amelynek házában a ház belső felületével együtt hűtőfolyadékot áramoltató teret képező koaxiális forgórész és ezen belül a forgórész belső felületével együtt viszkózus folyadékot áramoltató teret képező állórész van, ez utóbbT térben a középtengelyhez képest szabadon forgó, kaparókkal ellátott keret van, anol a kaparók egyik része az állórész külső felületével, másik része a forgórész belső felületével van érintkezésben, az állórésznek pedig vele egytengelyű, belső felületével együtt a hűtőfolyadékot áramoltató teret képező doboza van, amelynek kívül csavarmenet alakú bordázata van. Az ilyen rotációs hőcserélőket viszkózus folyadékok, például polimer oldatok feldolgozására használják, például nagymolekulás anyagok, mint amilyen a szintetikus kaucsuk számára. A viszkózus folyadékok feldolgozásakor a hőcsere fokozása komoly nehézséget jelent. A hőátadási tényező alacsony, mert az üyen folyadékokat nehéz nagysebességű áramlásra kényszeríteni, továbbá mert a hőcserélő felületei mentén létrejövő határréteg igen vastag. Ennek a nehézségnek a leküzdésére születtek meg a rotációs hőcserélő készülékek, amik igen széles körben elterjedtek. A 2 001 083 sz. amerikai szabadalmi leírás olyan hőcserélőt ismertet, amelynek hengeres házában a hűtőkögezet tartalmazó köpeny van. A ház belsejében hozzá képest koaxiálisán forgó hengeres eleme van, ami szintén a hűtőközeg átáramlását segíti. A ház belső fala és a hengeres elem külső fala közötti gyűrűalakú tér a feldolgozandó, az adott esetben a hűtendő folyadék átáramlásra szolgál. Ilyen módon hőcsere játszódik le a ház belső falán és a hengeres elem külső falán egyaránt. Az említett hőcserélővel azonban mégsem lehet magas hőátadási tényezőt elérni, abból az okból kifolyólag, hogy a viszkózus folyadékok lehűlésekor a gyűrűalakú teret határoló hőcserélő felületek mentén jelentős vastagságú lamináris határréteg keletkezik, ami gátolja a hőcsere kellően intenzív voltát. Polimer oldatok feldolgozásakor ez a körülmény például ahhoz vezet, hogy ezeken a felületeken idővel egyre vastagabbá váló polimer réteg rakódik le, aminek következtében a készüléket szét kell szedni, ami meglehetősen munkaigényes. Az 1 064 735 sz. szovjet szerzői tanúsítványban olyan rotációs hőcserélő van leírva, amellyel tovább lehetett növelni a hőcsere intenzitását. Ennek házában koaxiálisán forgórész van elhelyezve, amely a ház belső felületével együtt a hűtőközeg átáramlását szolgáló teret képez. A forgórész forgástengelye mentén állóréBz van elhelyezve, amely a forgórész belső falával együtt áramlási teret alkot a hővivő viszkózra folyadék számára. Az áUórész hossztengelye mentén hengeres doboz van elrendezve, amelynek külső felületén csavarmenet alakú bordázat van kialakítva. Az állórész belső felülete és a hengeres doboz külső felülete gyűrűalakú áramlási teret képeznek a hűtőközeg számára. A viszkózus folyaaék átáramlását szolgáló gyűrűalakú térben kaparókkal ellátott keret van elrendezve, ami az állórész csapjain szabadon van elrendezve. A kaparók csuklósán vannak a forgatókerethez erősítve. Amint a forgórész forgásba jön, forogni kezd a keret is a kaparókkal együtt. A tehetetlenségi nyomaték következtében azonban a keret forgási sebessége kisebb lesz, mint a forgórészé. Ennek következtében agyidejűleg mindkét hőcserélő felület tisztíthatóvá válik. Ez az ismert hőcserélő nagy hőátadási' tényezőt tesz lehetővé a feldolgozandó viszkózus folyadék és a hűtőközeg között, ha a hőcserélő felület viszonya a berendezés térfogatához képest elegendően nagy. A rotációs hőcserélő ilyen konstrukciója azonban nem teszi lehetővé, hogy a viszkózus folyadék és a hűtőközeg közötti hőcserőt fokozzuk, hiszen a kaparókkal ellátott keret szögsebessége és a forgórész szögsebessége közötti különbség állandó, aminek következtében nem jön létre kielégítő mértékű kerületi sebesség a forgórész belső felületének lehúzásakor. A találmánnyal megoldandó feladat az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése mellett olyan rotációs hőcserélő kialakítása, amelyben a hőcsere a korábbiakhoz képest növelhető és ezzel egyidejűleg a keret forgássebessége csökkenthető. A találmány szerinti továbbfejlesztés értelmében a rotációs hőcserélőben a keretet fékező készüléket helyezünk el, amely az állórész hossztengelyéhez ké{>est koncentrikus, az állórész homlokfelületein kiaakíiott hengeres peremekkel, valamint a keret talprészein kialakított, az állórész peremei közé nyúló hengeres peremekkel van ellátva, mimellett a peremek labirint-elrendezést alkotnak. Ennek a megoldásnak legfőbb jelentősége abban van, hogy intenzívebbé válik a révén a hőcsere a viszkózus folyadék és a hűtőközeg között, ugyanakkor a kaparókkal ellátott keret forgássebessége csökken a beépített fékező készüléknek köszönhetően. A peremek által kialakított labirint-elrendezés miatt ugyanis nagy tolósebesség keletkezik a viszkózus folyadékban. Ennek következtében növekszik a kerületi sebesség a forgórész belső felületének lehúzásakor. Ez a körülmény azonban turbulenciát és mikroörvényeket okoz, mindez pedig intenzivebbé teszi a hőcserét a forgórész belső felülete és az állórész külső felülete által határolt gyűrűalakú térben. A nagyfokú turbulencia és a gyűrűalakú tér viszonylag kis szélessége nagy hőátadási tényezőt tesz lehetővé nemcsak a forgórész felületém keresztül, hanem az állórész felületén keresztül is tekintet nélkül arra, hogy a kaparók csökkentik az állórész sebességét Az egyik célszerű kiviteli alak értelmében a peremek lyuggatott kialakításúak. Ez a kiviteli alak tovább fokozza a hőcsere intenzitását, mert hidrodihamikus pulziácó keletkezik a hengeres peremekben, ami jelentős mennyiségű energiát nyel el. A találmány további részleteit kiviteli' példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással mutatjuk be. A rajzon az 1. ábra a rotációs hőcserélő egyik célszerű kiviteli alakjának függőleges metszete, a 2. ábra az 1. ábra IMI vonala szerint vett metszet, 3. ábra az 1. ábrának a peremeken átmenő metszete.. A találmány szerinti rotációs hőcserélőnek az 1. ábrán látható kiviteli alakja hengeres alakú 1 házzal van ellátva, amelyben koaxiálisán 2 forgórész van 3 csapágyaknál ágyazva elfordíthatóan elhelyezve. A 2 forgórész úgy van beszerelve, hogy külső felülete és az 1 ház belső felülete között gyűrflalakú 4 tér keletkezik a hűtőközeg, például víz átáramlása számára. A víz bevezetésére 5 csőcsonk és az elhasznált víz-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
