HU180147B

HU180147B - Heat exchanger

Info

Publication number: HU180147B
Application number: HU80801474A
Authority: HU
Inventors: Istvan Benyak; Lajos Dudas; Oszkar Pohl
Original assignee: Huetoetechnika Ipari Szoevetke; Villamos Ipari Kutato Intezet
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1983-02-28
Also published as: DD159901A1; NL8102777A; GB2078360B; SE8103645L; FR2486221B1; DE3122197A1; PL231626A1; IT1136729B; RO82957B; US4366106A; PL135725B1; RO82957A; DE3122197C2; SU1179949A3; DK255981A; FR2486221A1; GB2078360A; IT8122271A0

Description

A találmány tárgya hőcserélő, amelynek hőcserélő felülete változó lejtésű csőkígyóból és az ahhoz szervesen kapcsolódó kiegészítő felületekből áll.

Csövekből kialakított hőcserélő berendezések már ismertek. A csöves hőcserélők egyik csoportjánál a csövek belsejében valamilyen kondenzálódó közeg például vízgőz, mig a csövek külső felületén egy másik közeg, például folyadék va^y a környezeti levegő áramlik. Az ilyen hőcserélőknél a hűtés céljaira víztakarékos sági okból ma már szívesebben használják a levegőt. A levegő és a cső közötti hőátadási tényező azonban nagyságrenddel kisebb, mint a csövön belüli kondenzációs hőátadási tényező, ezért a cső kü^aő felületére kismennylségü hűtőfolyadékot, például vizet permeteznek, miközben mesterséges légáramlást biztosítanak a csövek között. A folyadék, például a viz egy része elpárolog és a felületen hütőhatást fejt ki. A folyadék többi része ezután lefolyik a hőcserélő alatti térbe, ahonnan egy szivattyú újból a csövek feletti térbe juttatja. így a hűtési folyamat lényegesen kevesebb f oly acl ékmenny is éget igényel. Itt a oső és a levegő között könvekclós hőátadás és elpárolgást jelenség lép fel, tehát kombinált hőátadási folyamattal állunk szemben.

A leirt folyamat foganatosításához szükséges szokásos szerkezet kivitele ez eddig Ismert berendezéseknél az, hogy egymás alatt közel vízszintesen elhelyezett csöveket Sorba kapcsolnak és Így egy csőkígyót állítanak elő. A csőkígyó legfelső sorába vezetik a kondenzáolós közeget, például ammóniagőzt,

-1180147 amely az egymás alatti esősorokban fokozatosan kondenzálódlk és a keletkezett kondenzátum a legalsó esősor felé áramlik. A csőkígyót burkolatban helyezik el, amelynek tetején vagy alján elhelyezett ventilátorok biztosítják a hütőlevego mozgását. A burkolatban a csőkígyó felett található a permetező szerkezet, amelyen keresztül történik a külső hűtőfolyadéknak, például víznek a csövek felületére juttatása.

Az eddig Ismert berendezések hátránya az, hogy az egymás alatti csövekben összegyűlő éa folyamatosan növekvő mennyiségű kondenzátum az alsó csövek teljes keresztmetszetét kitölti és igy ott kondenzáció nem jön létre. Az eddigi készülékek további hátránya az, hogy & csöveken belüli igen jó hőátadási tényezőhöz képest a külső konvekcló és elpárolgás hőátadási tényezője között még jelentős eltérés van és ezért viszonylag négy hűtőfelületeket kell kialakítani.

A szóbanforgó hőcserélő-típusok ezen hátrányának javítása céljából vagy gondoskodni kell a külső hőátadási tényező növeléséről - ami a levegősebesség és igy a ventilátor teljesítményének növelésével érhető el - vagy olymódon érjük el a javulást, hogy a cső fala és a külső hűtőfolyadék hőmérséklete közötti különbséget megnöveljük, például hidegebb folyadékot /vizet/ juttatunk a csövek felületére.

Fenti megfontolások alapján született a találmány szerinti megoldás, ahol az alsó csövek lejtése a kondenzáció viszonyainak megfelelően nem azonos, a legalsó cső lejtése a legnagyobb, a fölötte lévők lejtése 3-5 °-kal csökken, mig a magasabban húzódó csövek lejtese a szokásos 5 ⁰ érték körül van.

A hőátadás javítását kiegészítő felületek alkalmazásával is el lehet érni: az utóbbi megoldásra az a felismerés vezetett, hogy a permetező viz elpárolgásának és ilymódon a viz hűtésének lehetőleg nem kizárólag a belső nyomás miatt esetleg nagy falvastagság mellett, tehát költséges csőfelületen kell megtörténni, hanem célszerű olcsó, a csövekhez áramiástanilag jól kapcsolódó kiegészítő felületeken, lemezeken, bordákon, rácsokon a viz lehűlését biztosítani.

A találmány révén tehát azt a feladatot kellett megoldani, hogy a kiegészítő felületeket úgy alakítsuk ki, hogy azok a csövek között alulról felfelé áramló levegő útját ne akadályozzák. de a csövekről a vizet összegyüjtsék és a felületükre juttassak. így a csövek közötti térben olyan nedvesített többletfelületek, kiegészítő felületek jönnek létre, amelyeken a folyadék szétterül, nagy felületen érintkezik a felfelé áramló levegővel, ott részben elpárolog és eközben lehűl.

A kiegészítő felületeket kis ellenállásúra kell kialakítani, ami azt jelenti, hogy az áramlásra merőleges méretét lehetőleg kicsire kell megválasztani, mégpedig célszerűen a csőátmérő tized részénél kisebb méretűre.

A kiegészítő felületek nagyságára is létezik egy optimális arány, mégpedig az f_cag» azaz a cső külső felülete és az kiegészítő felületek között; ez az arány ^{s 2}·^Α kiegészítő felület nedvesített felülete jön itt számításba, tehát az a felület, amelyet a folyadék belep, vagyis a keresztmetszetnek a csővel nem érintkező kerületének és hosszának a szorzata. ......

A kiegészítő felületek O-osztását, vagyis a csövek kozöttl hézag méretét az áramlási ellenállás csökkentése céljából

-2180147 célszerű a csövek D átmérőjéhez Igazítani, nevezetesen a o-osztást a csőátmérő negyedének, azaz a Γ/4 többszörösére kell megválasztani.

A találmány szerinti cső elrendezésénél Is kialakítható egy optimális lejtés: mégpedig az egymás alatt elhelyezkedő csövek közül_oa legalsó cső lejtése a cső keresztmetszetétől függően 15-30 , a felette elhelyezkedő csövek lejtése 3-5 °-kal kevesebb. Tehát például a legalsó cső lejtése 50°; alulról a második 25 , a harmadik 20°, a negyedik 15° és Így tovább 5° -ig.

A találmányt részleteiben a leíráshoz mellékelt rajzok révén magyarázzuk meg. A rajzok a találmány szerinti hőcserélő példaképpeni kiviteli alakját részletesen ábrázolják. Az

1. ábra a hőcserélő felépítését vázletosan szemlélteti, a

2. ábra a hőcserélő csőkígyójának lejtési viszonyait mutatja, a

3. ábra a hőcserélő csőkígyójának és a kiegészítő felületeknek metszete, egy-osősoros szerkezet esetében, a

4. ábra a hőcserélő csőkígyójának és kiegészítő felületeknek a metszete, eltolt négy-csősoros szerkezetnél, az

5. ábra a hőcserélő csőkígyójának egy részletét metszetben mutatja be, eltolt három-csosoros kivitelnél, a

6. ábra a hőcserélő csőkígyójához kapcsolódó kiegészítő felületek elhelyezésének egyik kiviteli példáját vázlatosan éa a

7. ábra a hőcserélő csőkígyójához kapcsolódó kiegészítő felületek további kiviteli példáját szintén vázlatosan mutatja be.

Az 1. ábra a találmány szerinti hőcserélő egyik lehetséges kiviteli példája, ahol a folyamatos 1 csőkígyóban történik a hőcserében résztvevő egyik közeg kondenzációja. Az 1 csőkígyó külső felülete mentén egyrészt a 2/a vagy 2/b ventilátorok áltál mozgatott közeg, például levegő alulról felfelé áramlik, másrészt a 5 permetező segítségével a csövekre juttatott folyadék, például víz felülről lefelé halad. A csövekre permetezett és azokon végigcsurgatott folyadék a 4 csepptálcában gyűlik össze, ahonnan az 5 szivattyú juttatja ismét a 3 permetező rendszerbe. A szerkezethez tartozik a 6 burkolat. A hőcserélő csövek között találhatók a találmány szerinti 7 kiegészítő felületek. Látható az is, hogy a hőcserélő 1 csőkígyójának alsó csövei lefelé növekvő lejtésüek.

A 2. ábrán az 1 csőkígyó változó lejtési viszonyai részletesen láthatók. A csőkígyó legalsó 11 esősorának lejtése a legnagyobb, példaképpen ennek sz, szöge 30°, a következő 12 esősor szn lejtési szöge 25°, és igy tovább a 15, 14, 15, 16 sorok szögel^rendre 20°, 15°, 10°, 5°· Ezután a további 17, 18 sorok lejtésszöge állandó, például 5°·

A 3. ábrán a találmány szerinti hőoserélő metszete látható. Itt ismét megtalálható az 1 csőkígyó, a 2 ventilátor, a 3 permetező, a 4 csepptálca, a 6 burkolat, valamint a találmány szerinti 7 kiegészítő felületek keresztmetszete. Látható, hogy a 7 kiegészítő felületek áramlástanilag szoros egységet képeznek a csőkígyóval, a levegő áramlási irányával párhuzamosan, közel függőlegesen helyezkednek el. A v” vastagsági méret kisebb, mint a ”D csőátmérő tized része. A 7 kiegészítő felületek

-3180147 nem akadályozzák az alulról felfelé áramló levegő útját, de emellett gondoskodnak arról, hogy a csövekről az azokra permetezett folyadék összegyűljön, felületükön elterüljön, majd a következő esősorra jusson. Látható továbbá, hogy a csövek változó lejtésnek, ugyanis a 11 és 12 sorok csövei közötti távolság nagyobb, mint a 12 és 13 sorban lévő csövek közötti hézag.

A 4. ábrán a találmány szerinti hőcserélő egy további lehetséges kiviteli példáját látjuk. Az ábrán a párhuzamos csőkígyóból álló szerkezet metszete látható. Az 1 csőkígyó csövei az alulról felfelé haladó légáram szempontjából eltoltan helyezkednek el. Az ábra felső részén feltüntetett 7a kiegészítő felületek az 1 csőkígyó csöveinek függőleges középvonala mentén helyezkednek el, de minthogy itt a 7a kiegészítőielületek a 8 összekötő lécek segítségével összefüggő racsrendszert képeznek, Így csak az eltolt csőrendszer közé helyezhetők el, amellett azonban hossztengelyük párhuzamos a csövek hossztengelyével.

A 4. ábra alsó részén feltüntetett 7b kiegészítő felületek viszont nem képeznek összefüggő rácsrendszert, hanem a függőlegesen egymás alatt elhelyezkedő csövek középvonala mentén találhatók, mintegy összekötik az egymás alatti csöveket.

A 7a kiegészítő felületek előnye, hogy azok már meglévő szerkezetek csövei közé is - utólag - behelyezhetek, viszont a 7b kiegészítő felületeket a hőcserélő készülék összeállítását megelőzően kell az egymás felett elhelyezkedő csövek közé beerősiteni, például behegesztenl. A 4. ábrán a kiegészítő felületek vízszintes ”0” osztása azonos a cső D” átmérőjével.

Az 5· ábrán a csőkígyó egy részletének metszete látható, három soros eltolt elrendezésű csöveknél. Itt a 7° kiegészítő felületek közvetlenül nem érintkeznek a csövekkel, különösen az alsó élük nem érintkezik a közvetlenül lejjebb elhelyezkedő csövekkel.

Az 5· ábrán látható az, hogy a 7c kiegészítő felületeket összefogó 8 lécek és a csövek között elhelyezett, meghatározott méretű 9 ékek hogyan biztosítják a 7c kiegészíti! felületek rögzítését. Ilyen módon azonos ^uh” magassági méretekkel készíthetők a kiegészítő felületek, annak ellenére, hogy a találmány szerinti megoldás miatt a csövek lejtése - különösen a berendezés alsó esősorainál - különböző* és Így a köztük lévő távolság is változó. Itt a kiegészítő felületek ”0” osztása hatszorosa a ”D” csőátmérő negyedének.

A 6. ábra a kiegészítő felületeknek egy olyan kiviteli példáját mutatja vázlatosan, ahol a 7d kiegészítő felületek nemcsak a csövek alsó éle alatt, hanem közelítőleg a csövek külső széle menti ”e“ érintő alatt is elhelyezkedhetnek. Ilyen megoldásra akkor van szükség, ha a csövekre permetezett víz meny— nyisége nagyobb és várható, hogy a csövek szélein is leszakad a vizfilm. A kiegészítő felületek ”0 osztása itt kétszerese a D csőátmérő negyedének.

Végül a 7. ábra a kiegészítő felületek keresztmetszetének egy további kiviteli alakját mutatja be. A csőhöz közvetlenül kapcsolódó 7e kiegészítő felületnél a 71 felső és 72 alsó ívsugara a cső sugarával azonos. A 7f kiegészítő felület - e megoldás szerint — nem kapcsolódik szilárdan a szomszédos csövekhez. a kiegészítő felület felső részén a felette lévő oső érintőjével közel párhuzamos falu csatornaszakasza van.

-4180147

A 78 kiegészítő felület oldalán vízgyűjtő 73 pótfelületek találhatók. A 7h kiegészítő felületek szorosan érintkeznek a felül és alul lévő csövekhez, s igy tulajdonképpen a két szomszédos csövet összekötő bordát képeznek.

A felsorolt ábrák jól érzékeltetik azt, hogy a találmány szerinti hőcserélő rendelkezik a változó lejtésű, csőkígyóval, valamint a csövekhez kapcsolódó és áramlástanilag megfelelően kialakított kiegészítő felületekkel.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Hőcserélő, különösen gőzök kondenzálására, amely önmagában Ismert csőkígyóból /1/. a csőkígyóra merőleges levegőáramlást biztosító ventilátorból /2/, valamint a csőkígyóra folyadékot vezető permetező /3/ szerkezetből áll, azzal jellemezve, hogy a csőkígyó /1/ csöveinek lejtésszöge a kondenzáció viszonyainak megfelelően változó, mégpedig alulról felfelé osökkenő és a csőkígyó /1/ csövei között, a csövek geometriai méretéhez Igazodó kiegészítő felületek /7/ helyezkednek el, amely kiegészítő felületek nagysága /f^/ egyenlő vagy nagyobb, mint a csőfelület /f_ögg/ kétszerese.
2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csőkígyó /1/ legalsó esősorának /11/ lejtésszöge maximálisan J0°, mig a felette lévő osősorok /1217/ csöveinek lejtése fokozatosan 3-5 -kai csökken.
3· Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiegészítő felületek osztása /0/ a hőcserélő csövek negyed átmérőjének /D/4/ egy- vagy többszöröse és vastagsága /V/ kisebb a csőátmérő /D/ tized részénél.
4. Az 1-3· igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiegészítő felületek /7/ a csőkígyó /1/ csövei közötti térben két egymás alatti oső között a levegőáramlás irányával párhuzamosan, közel függőlegesen' helyezkednek el, és e kiegészítő felületek hossztengelye párhuzamos vagy merőleges a csövek hossztengelyével.

J. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiegészítő felületek magassága /h/ azonos és a különböző lejtésszögü, illetve az egymás alatt elhelyezkedő osövek közötti különböző távolságnak megfelelő méretű, ékek /9/ vannak elrendezve.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiegészítő felület /7e/ közvetlenül kapcsolódik a szomszédos csövekhez és a keresztmetszetének felső szakasza /71/. és a fölötte lévő alsó szakasza /72/ az alatta lévő cső felső sugarával azonos sugaru ívvel van kialakítva.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kiegészítő felület /7f/ nem kapcsolódik szilárdan a szomszédos osövekhez. de akereszt— metszet felső szakaszán a szomszédos oflő érintőjével közel azonos szögű csatornaszakasszal rendelkezik.
8. Az 1-7* Igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy £ kiegészítő felület /7b/ keresztmetszete két szomszédos csövet összekötő bordaként van kialakítva.