HU181538B - Turbulent heat exchanger - Google Patents

Description

A találmány turbulens hőcserélő, ahol a csövekre felhúzott bordalemezek felületére merőlegesen kialakított különleges tubulenciaképzők a csövek középvonala, illetve érintője mentén helyezkednek el.

A bordás hőcserélő működésének közismerten az a lényege, hogy a csövekben vagy csatornákban áramlik a hőátadásban résztvevő közegek közül a jobb hőátadási tényezővel rendelkező folyadék vagy gőz, míg a csövekre merőlegesen felerősített bordák mentén áramlik a rosszabb hőátadási tényezővel rendelkező közeg, általában gáz, például levegő.

A rosszabb hőátadási tényezőt a bordák nagy felülete egyenlíti ki, de nem közömbös, hogy maguknak a bordáknak milyen a kialakítása. A borda mentén áramló közeg és a borda felülete közötti hőátadást elsősorban a közeg sebessége, illetve áramlási képe határozza meg. Az áramlási képet két tényező befolyásolja. Egyrészt az áramlás turbulens vagy lamináris volta, másrészt a sebességeloszlás a borda felülete mentén.

A sík lemez mentén áramló gáz vagy levegő esetében a lemez mentén kialakul egy lamináris határréteg, amely a lemez belépő élétől kezdve állandóan növekedik. Ennek a lamináris határrétegnek a kialakítása elkerülhető a lemez síkjának megszakításával, az úgynevezett apróbordák kiképzésével. A turbulens áramlást biztosító apróbordákat eddig általában úgy képezték ki, hogy a lemez anyagából a közeg áramlására merőlegesen keskeny lemezcsíkokat vágtak ki, majd egyes megoldásoknál ezeket a lemezcsíkokat kivágás után eltávolították, így a hőátadó felületet csökkentették.

A turbulenciaképző kialakítások számának és elrendezésének meghatározásánál figyelembe kell venni az áramlási ellenállás és hővezetés kérdését is. Csak áramlástanilag megfelelően meghatározott helyre és meghatározott számban szabad turbulenciaképzőket alkalmazni. Ismeretes ugyanis, hogy a turbulenciaképző szerkezetek nemcsak a hőátadást 5 növelik, hanem megnövelik a hőcserélő áramlási ellenállását is. Figyelembe kell venni tehát a hőátadást és az áramlási ellenállás hatását az összgazdaságosságra.

Ismeretes, hogy a bordás hőcserélő bordáiban a hő vezetés útján terjed. Ez azt jelenti, hogy például a borda hőmérsékle10 te a csőnél a legmagasabb, attól távolodva egyre csökken és a két cső közötti középvonal mentén általában a leghidegebb. Ez azt jelenti, hogy a turbulenciaképzőket lehetőleg olyan helyre kell tenni, ahol a hővezetés útját nem akadályozzák, ahol a borda hőmérséklete a legalacsonyabb.

Végül foglalkozni kell a borda felülete menti sebességeloszlás kérdésével is. A turbulenciaképzőket úgy kell elhelyezni, hogy azok elősegítsék a levegőeloszlás egyenletességét. Ismeretes, hogy a cső mögötti áramlásnál a levegő elosz20 lása nem egyenletes. Ezért a turbulenciaképzők megfelelő elhelyezésével az áramlás egyenletessége fokozható. Ez úgy érhető el, hogy a turbulenciaképzőket a csöveknek az áramlási irányra párhuzamos alkotója mentén helyezik el.

A találmány szerinti bordás hőcserélő a fenti elveknek és 25 kívánalmaknak felel meg azzal, hogy az alkalmazott különleges, kombinált turbulenciaképzők elrendezése az eddigiektől merőben eltérő, mert figyelembe kell vennie az áramlástani, és a hőtechnikai szempontokat egyidejűleg és emellett a bordák távolságát, az úgynevezett bordaosztás egyenletessé30 gét biztosítják. Az új turbulenciaképzők így hármas funkciót látnak el: jó hatásfokú höleadó bordák, áramlást befolyásoló szerkezetek és borda-távolságtartók.

A találmány lényege abban van, hogy a kóralakú csőből és azokra merőlegesen ráerősitett párhuzamos lemezekből álló bordás hőcserélő lemezeinek felületén olyan turbulen- 5 daképzőket kell kialakítani, amelyek a lemez eredeti síkjából kivágott és 90 fokra felhajlított fülek. Két-két ilyen fül képez egy-egy turbulenciaképző egységet. A kettős turbulendaképzők úgy vannak a lemez síkján elrendezve, hogy azok váltakozva a csöveknek az áramlásiránnyal párhuzarúos érintője 10 mentén, valamint a csövek közötti középvonalban helyezkednek el. A találmány szerinti megoldás alkalmazható egyenes, tehát egymás mögött elhelyezkedő, tehát párhuzamos elrendezésű esősorok, vagy sakktáblaszerű eltolt elrendezésű esősorokkal rendelkező bordás hőcserélők esetén is.

Fentiek értelmében tehát a találmányunk szerinti turbulens hőcserélő azzal jellemezhető, hogy a lemez eredeti síkjából kivágott és 90 fokban felhajlított turbulenciaképzők vagy turbulendaképzőpárok váltakozva a hőleadó csöveknek az áramlással párhuzamos érintője mentén, valamint a 20 csövek közötti középvonalon helyezkednek el.

Célszerű, ha a turbulendaképzők áramlásiránnyal párhuzamos hosszanti mérete nem nagyobb, mint a csövek átmérőjének fele.

A turbulendaképzők magassága előnyös kiviteli alak ese- 25 tén egyenlő a lemezek közötti távolsággal, azaz a bordaosztással és az említett turbulendaképzők bármelyikének a lemeztől kihajlitott felső éle hosszabb, mint az adott turbulendaképző két szélső pontjának a hajlítási él környezetében mért távolsága. 30

A turbulendaképzők oldaléld a lemez síkjával 45—85 fokos szöget zárhatnak be.

A turbulendaképzők olyan, a levegő áramlás irányával 45—60 fokos szöget bezáró egyenesekre illeszkedhetnek, amelyek mind az áramlás, mind az arra merőleges irányban szomszédos csövek közötti távolság felezőpontján haladnak át.

A találmány kivitele ábrák alapján érthető meg: az 1. ábra szokásos bordás cső elölnézeti képe; a 2. ábra a találmány szerinti bordás hőcserélő egy lemezének felülnézete párhuzamos elrendezésű esősorok esetén;

a 3. ábra a találmány szerinti bordás hőcserélő egy lemezének felülnézete eltolt elrendezésű esősorok esetén és a 4. ábra egy turbulendaképző fül oldalnézetben.

Az 1. ábrán látható egy szokásos bordáscsöves hőcserélő, 45 ahol megtalálható a hőcserélő 1 cső, amelyben a jobb hőátadási tényezővel rendelkező közeg áramlik. Láthatók a bordás 2 lemezek is, amelyek csőre merőlegesen helyezkednek el. A lemezek a lemez saját anyagából kialakítható 3 gallérszerű szakasz útján érintkeznek a csövekkel. A 3 gallérszerű lemezszakasz biztosítja a bordák közötti távolság tartását is.

A 2. ábrán látható a találmány szerinti bordás hőcserélő egyik bordás lemezének felülnézete, párhuzamosan elrendezett 1 csövek esetében. A lemezen látható, hogy a csövek egymás mögött sorban helyezkednek el. Láthatók továbbá, a 4,5,6,7,8,9 különleges, kombinált turbulendaképzők is. Egy-egy turbulendaképző itt két szemközti irányba felhajlított fül. A 4,5,6,7 turbulendaképzők a hőátadó csöveknek az áramlással párhuzamos alkotóinak irányában helyezkednek el. A 8, 9 turbulendaképzők pedig a csövek közötti középvonal mentén találhatók.

A 3. ábrán a találmány szerinti bordás hőcserélő egyik lemezének felülnézete látható, eltolt elrendezésű esősorok esetén. Itt is megtalálhatók a 4, 5, 6, 7 jelű turbulendaképzők, amelyek a csöveknek az áramlással párhuzamos alkotói mentén helyezkednek el. A 8,9 jelű turbulenciaképzők pedig a csövek közötti középvonal mentén találhatók.

A 4. ábrán a fülként kialakított 10 turbulenciaképző, a lemez saját anyagából kivágott lemezpár egyike látható. A fül magassága „m” — távolságtartás céljából — egyenlő a bordák közötti távolsággal, a bordaosztással „0”, oldala pedig a lemez eredeti síkjával 45—85 fokos szöget zár be, mert csak igy biztosítható, hogy az egyik lemezen levő fül a másik szomszédos lemezfül kivágásába be ne csússzon.

Claims (2)

Szabadalmi igénypontok

1. Turbulens hőcserélő párhuzamos vagy eltolt esősorokból álló csövekből és azokra merőlegesen ráerősített lemezcsíkokból kiképzett bordákkal, azzal jellemezve, hogy a lemez (2) eredeti síkjából kivágott és 90 fokban felhajlított turbulendaképzők (4,5,6,7,8,9,10) vagy turbulendaképző párok váltakozva a hőleadó csöveknek (1) az áramlással párhuzamos érintője mentén, valamint a csövek (1) közötti középvonalon helyezkednek el.

2. Az 1. igénypont szerinti bordás hőcserélő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a turbulendaképzők áramlásiránnyal

35 párhuzamos hosszanti mérete nem nagyobb, mint a csövek (1) átmérőjének fele.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti turbulens hőcserélő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a turbulendaképzők (4,5,6,7,8,9,10) magassága egyenlő a lemezek (2) közötti

40 távolsággal, azaz a bordaosztással, és az említett turbulendaképzők bármelyikének a lemeztől (2) kihajlított felső éle hosszabb, mint az adott turbulenciaképző két szélső pontjának a hajlítási él környezetében mért távolsága.

4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti turbulens hőcserélő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a turbulendaképzők (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) oldaléléi a lemez síkjával 45—85 fokos szöget zárnak be.

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti turbulens hőcserélő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy eltolt csőel-

50 rendezés mellett a turbulendaképzők (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) olyan, a levegő áramlás irányával 45—60 fokos szöget bezáró egyenesekre illeszkednek, amelyek mind az áramlás, mind az arra merőleges irányban szomszédos csövek közötti távolság felezőpontján haladnak át.

2 rajz (4 ábra)