199979. lajstromszámú szabadalom • Eljárás, valamint hőcserélő-betét hőcserélő csöveiben áramló inhomogén összetételű és/vagy inhomogén fizikai állapotú közegek hőátadásának javítására
3 Hü 199979 B 4 lóságot mutat a nagy viszkozitású közegek esete. Ezekben ugyan nem a közeg nagyfokú inhomogenitása I különböző fázisok különböző összetétele), hanem a homogén közeg fizikai állapotának (hőmérséklet és viszkozitás) nagymértékű inhomogenitása okoz gondot. Ismeretes, hogy például a csapágyak kenésére és hűtésére szolgáló olajok, melyeket olajhütőkben le kell hűteni, a hőcserélők csöveiben nagy viszkozitásuk miatt laminárisán áramlanak és általában rossz hővezetők. Ezen tulajdonságaik következtében a hőátadási tényezőjük alacsony, ami azzal a hátrányos következménnyel jár, hogy hűtésükre nagy és költséges hőcserélő szükséges. A laminárisán áramló, rossz hövezetési tényezőjű olajok rossz hóátadási tényezője azzal magyarázható, hogy a cső felülete mentén a lehűlt, kis sebességgel haladó határréteg hőszigetelőként zárja el a höáram útját a csőfal felé. Mig a lehűlt, viszkózusabb olaj kis sebességgel halad, mintegy rátapadva a cső falára, addig a meleg, higfolyósabb a cső középső részében áramlik és, mivel nem keveredik a határréteggel, alig hűl le. A hó csak a hőt rosszul vezető határrétegen keresztül áramolhat a csőfal felé, miáltal a hőátadási tényező értéke alacsonyra, a szükséges hőcserélő mérete pedig nagyra adódik. Ezt a jelenséget a leírásunkban a 3. ábra kapcsán fogjuk bemutatni. Megjegyezzük, hogy ha melegíteni kell a csőben az olajat, akkor valamivel jobb a helyzet, mert a melegebb, tehát kisebb viszkozitású olaj áramlik a fal közelében, a lamináris áramlás hátrányai azonban itt is fennállnak. Az elmondottakból következik, hogy találmányunk célszerűen alkalmazható a nagy viszkozitású közegek hőátadásának javítására is, amennyiben a hőcserélő fala mentén áramló közegrészeket a cső közepébe, a középen áramló részeket pedig a fal közelébe vezetjük. Ismeretesek olyan műszaki megoldások, amelyek a hőcserélő csövekben áramló közegek hőátadásának javítására szolgálnak, Ezek egy része a hőcserélő csövének teljes hossza mentén végigfutó betéteket alkalmaz. A hoszszanti betétek a tapasztalatok szerint javítják a hőátadást, de viszonylag drágák, mivel a felhasznált anyagmennyiség nagy. Emellett nem csökkentik az áramló közegek inhomogenitását, ezért a találmányunk szempontjából fontos esetekben hatásuk korlátozott. Egy másik szerkezeti kialakítás a hőcserélő csövének hossztengelye mentén szakaszosan elhelyezkedő elemekből áll, amelyek valamilyen módon keverni igyekszenek az áramló közeget, amivel az inhomogenitást csökkenteni lehet. Találmányunk is ebbe a csoportba tartozik. Az egyik ismert megoldás csavarfelület alakú betéteket alkalmaz, amelyek perdületet adnak az áramló közegnek. Ez javíthat valamit a hőátadási tényezőn, hatása azonban az esetek többségében erősen korlátozott. A nagy viszkozitású közegek ugyanis továbbra is laminárisán áramlanak egy ilyen betét után, csupán a közeg részecskéi nem egyenes, hanem csavarvonalú pályán mozognak, eközben viszont a cső tengelyétől való távolságuk, nem változik, azaz a 3. ábrán bemutatott hőmérséklet- és sebességelosztás nem változik. Lényegében ugyanez a helyzet a kétfázisú közeg gyűrűs áramlásánál is, csupán a hullámos áramlásnál várható kimutatható előny. A technika állásának ezen a területen a 187 016 számú magyar találmány szerinti hőcserélő betét tekinthető, amely leválasztja a cső fala közelében áramló réteget és azt a cső belsejébe kényszeríti. Hátránya ennek a megoldásnak, hogy a fal mentén áramló réteg leválasztása éles iránytöréssel jár, ami egyrészt jelentősen növeli az áramlási ellenállást, másrészt a viszkózus közegeknél kialakuló határrétegnek azt a hajlamát, hogy megkerülje az útjába helyezett akadályt. Emellett a szóbanforgó betét csak viszkózus közegekre és a kétfázisú közegek gyűrűs áramlására alkalmas, hullámos áramlásnál hatása csekély. Találmányunk alkalmas valamennyi fent említett hátrány kiküszöbélésére. A megoldás lényege az, hogy a hőcserélő csöve keresztmetszetének valamely részén átáramló közegrészeket egy az áramlás mentén későbbi keresztmetszetnek egy másik részére irányítjuk, mégpedig iránytörésektól mentes, folyamatos görbületü kényszerpályán, oly módon, hogy gyűrűs áramlásnál és nagy viszkozitású közegeknél a fal melletti rétegek cserélnek helyet az áramlás magjával, hullámos áramlásnál pedig az alul áramló folyadék cserél helyet a felette áramló gőzzel. Ezt a hőcserélő csöve hosszához képest igen rövid, a cső átmérőjének általában 1- -3-szorosát kitevő hosszúságú betétek szakaszos elhelyezésével érjük el. Ezek a betétek a cső átmérőjéhez képest vékony válaszfalakból állnak. A válaszfalak vastagsága a belső csőátmérőnek kb. egy százada, de semmiképpen nem haladja meg az fgytizedét. E válaszfalak végigfutnak a betét ’teljes hoszszán és különleges, térbeli felületeket alkotnak, ily módon a csövet egy vagy több áramlási csatornára osztják. Ezeken a válaszfalak és a cső fala közötti kényszerpályákon mozog a közeg oly módon, hogy a csatorna végén a cső keresztmetszetének egy a belépőtől eltérő részébe kerül. A betétek kialakítása ezen az elven a feladatnak megfelelően történik, tehát van olyan, amelyik a csőfal mellett áramló közeget vezeti a cső közepébe és viszont, továbbá van olyan is, amely a vízszintes cső alján áramló folyadékot a psó felső részébe vezeti, de a két hatást kombinálni is lehet. Erre 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
