HU187016B - Device for improving the heat-transfer coefficient of viscous liquids flowing in the tubes of heat exchangers - Google Patents

Description

A találmány tárgya: szerkezet, hőcserélők csöveiben áramló viszkózus folyadékok hőátadási tényezőjének javítására, célszerűen rossz hővezető, viszkózus folyadékok, mint például a transzformátor vagy csapágyolajak hőátadást tényezőjének javítására.

Ismeretes, hogy például azok az olajak, amelyek a gőzturbinák vagy gázturbinák csapágyának kenésére és hűtésére szolgálnak, és amelyeket a csapágyakban keletkező mechanikai veszteséghő elvonása céljából olajhűtőben le kell hűteni, rossz hővezetőkés a hőcserélő csöveiben laminárisán áramlanak.

Fenti tulajdonságaik miatt az olajak hőátadási tényezője ismeretesen alacsony, ami azzal a hátrányos következménnyel jár, hogy hűtésükre nagy és költségeshőcserélő alkalmazása szükséges.

A laminárisán áramló rossz hővezetési tényezőjű olajak rossz hőátadási tényezője, azzal magyarázható, hogy a cső felülete mentén a lehűlt kis sebességgel áramló határréteg hőszigetelőként zárjai el a hőáram útját a melegebb olajtól a csőfal irányában. Míg a lehűlt olaj a csőfalon kis sebességgel halad előre mintegy sűrűbb réteget alkotva -, addig a cső falán a meleg olaj a cső középső részén áramlik át és alig hűl le. A hu csak hővezetés útján áramolhat.

A hőátadási tényező javítására a kialakult gyakorlat szerint a cső hossztengelye irányában elhelyezkedő belső bordát alkalmaznak. Ennek az intézkedésnek az a lényege, hogy a hőnek a bordák által felszabdalt csőkeresztmetszetben rövidebb utat kell megtennie, és ezáltal a hőellenállás értéke csökken. A bordák viszont, hogy a hőcserélő ellenállását, súlyát és ezzel együtt előállítási költségét is növeli.

Találmányunk célja a fenti hátrányok kiküszöbölése olyan szerkezeti kialakítással, amely biztosítja, hogy az olaj lamináris áramlásával kialakuló hidegebb határréteget a cső faláról leválasztja és lehetővé teszi, hogy helyére a cső középső részéből melegebb olaj jusson.

A találmányunk szerinti szerkezetet a korábbi gyakorlatban kialakult belső bordáktól az különbözteti meg, hogy míg a hagyományos belső bordák a cső hossztengelyével párhuzamos, vagy közel párhuzamos csatornákra tagolták a cső belső terét, addig a találmányunk szerinti szerkezet a cső tengelyére haránt irányú szakaszokra osztja a cső belső terét, és közben az így elválasztott szakaszok csőfalán kialakuló határréteget a találmány szerinti szerkezet a cső közepén áramló melegebb olajjal való helycserére kényszeríti. Ilyen módon habár a cső hossztengelyével párhuzamosan áramló olajtrétegek itt is kialakulnak, azonban ezek között nincs elválasztó felület, ezért a csőben történő előrehaladásuk közben egymással többször helyet cserélnek.

A hagyományos belső bordák lényeges tulajdonsága, hogy a cső belső felületével összemérhető nagyságú felülettel rendelkeznek. A találmány szerinti szerkezet újdonsága abban van, hogy a belső bordák felülete ennél lényegesen kisebb, ezért a hőátadás szempontjából a bordáknak nincs szerepük. A hagyományos belső bordák anyaga jó hővezető fém. A találmány szerinti szerkezetnél a hővezetésnek nincs szerepe, ezért az műanyagból is készülhet.

A találmány tárgya: szerkezet hőcserélők csöveiben áramló viszkózus folyadékok hőátadási tényezőjének javítására, amely a cső belsejében kialakított terelőelemekkel rendelkezik.

A találmány lényege abban van, hogy a szerkezet a cső belső falán áramló határréteget a cső belseje irányába terelő terelőcsatornákkal ellátott, a cső belső terét a cső tengelyére merőleges szakaszokra osztó terelőelemekkel rendelkezik.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja szerint a terelőelemek rögzítőhuzalhoz vannak rögzítve, melyek rögzítőelemek útján vannak a csőhöz kötve.

A találmány egy másik előnyös kiviteli alakja szerint a terelőelemek a rögzítőhuzalokhoz kapcsolódó, periodikus mozgás végzésére alkalmas önmagában ismert szerkezethez vannak kötve.

A találmány másik előnyös kiviteli alakja szerint a rögzítőhuzalok rugóhoz csatlakoznak, és a cső a közeget perodikusan áramoltató önmagában ismert szerkezethez csatlakozik.

A találmány újabb kiviteli alakja szerint a közeget periodikusan áramoltató szerkezet egy külső energiaforráshoz csatlakoztatott elzárószerkezet.

A találmány másik előnyös kiviteli alakja szerint a közeget periodikusan áramoltató szerkezet az áramló közeg energiája által működtethető önmagában ismert elzárószerkezet.

A hőcserélők csöveiben áramló viszkózus folyadékok hőátadási tényezőjének javítására szolgáló találmány szerinti szerkezet legfontosabb előnye az ismert hasonló rendeltetésű bordás szerkezetéhez képest, hogy a hőcserélő ellenállását, súlyát és ezzel az előállítási költséget is növelő cső-hossztengely irányú bordázat helyett olyan szerkezetet javasolunk alkalmazni, amely az olaj lamináris áramlásával kialakuló határréteget leválasztja a cső faláról és ennek helyére a cső középső részérél melegebb olaj odaáramlását biztosítja.

A találmány szerinti szerkezet egyszerű, olcsó elemekből készíthető, amelyek sem a berendezés súlyát, sem az előállítás költségráfordítását jelentősen nem növelik.

A találmány szerinti szerkezet alkalmazásának legfontosabb előnye végeredményben a hőcserélő hőátadási tényezőjének hatékony növelésében van.

A találmány szerinti szerkezet példakénti kiviteli alakját rajz alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti szerkezet egy lehetséges kiviteli alakját szemlélteti oldalnézetben csőbe szerelve, a

2a. ábra és 2b. ábra a terelőelem egy további kiviteli alakját szemlélteti perspektivikus, illetve feíülnézetben, a

3. ábra a találmány szerinti szerkezetnek egy további kiviteli alakját ábrázolja csőbe szerelt üzemállapotban.

-2187.016

A találmány egyik lehetséges kiviteli alakját az 1. ábrán tüntettük fel Az ábrán a hőcserélőnek egyetlen hűtőcsövét ragadtuk ki. Az 1 hűtőcsőben 2 terelőelemek a hűtőcső hossztengelyére merőleges síkokban egymás után ismétlődve 3 rögzítőhuzalra vannak fel- 5 erősítve. A 3 rögzítőhuzalt a cső két végén 4 rögzítőelemek tartják. A csőfalon, lamináris határrétegben, áramló hideg olajat és a cső középső részében áramló meleg olajat a 2 terelőelem a nyilak által bejelölt módon tereli úgy, hogy a hidegebb olaj a cső belseje felé, a melegebb a cső fala felé áramlik. Az 1. ábra metszetrajzán két csatornás terelőelem hosszmetszete látható.

Olyan megoldás is lehetséges, amelynél a 2 terelőelem beszereletlen állapotban kissé nagyobb, mint az 1 cső belső átmérője és beszerelés után a rugalmassága által szorul az 1 cső falára. Ilyen esetben 3 rögzítőhuzal és 4 rögzítőelem elmaradhatnak. Ezt a kiviteli alakot a rajz nem szemlélteti, de megértése a szakember számára nyilvánvaló.

A 2 terelőelem egyik lehetséges kiviteli alaját mutatja a 2. ábra. Az 5 terelőgyfirűből kisajtolt 6 terelőcsatorna a rajzon nem ábrázolt 1 cső fala és 5 terelőgyűrű közé áramló határréteget az 1 cső középső része felé tereli. Ezt segíti elő a 7 zárőgyűrű is, amely egyúttal az 1 cső falához való illeszkedést is szolgálja. A koncentrikus elhelyezkedés céljára szolgáló 8 támaszték az 5 terelőgyűrű anyagából van kiképezve.

További hőátadás javulást eredményez a találmány 3. ábrán feltüntetett kiviteli alakja, amelynél lényegében az 1 csőben elhelyezett 3 rögzítőhuzalra felerősített 2 terelő elemek oda-vissza alternáló mozgást végeznek. A mozgatás történhet úgy, hogy a 3 rögzítőhuzalt külső mogatómechanizmus segítségével periodikusan mozgatjuk. Megoldás lehet még a 3. ábrán látható kiviteli alak, miszerint a hűtendő közeg áramlása a 4 rögzítőelemhez :és a 3 rögzítőhuzalhoz erősített 9 rugót kifeszítve a 2 terelőelemeket elmozdítja. A hűtendő közeg áramlásának periodikus, rövid időközönkénti megállításával a 9 rugó a 3 rögzítőhuzalt és ézzel a 2 terelőelemeket alaphelyzetbe húzza vissza. Ezáltal a 2 terelőelemek a folytonosan növekvő vastagságú határréteget lehúzzák az 1 cső faláról, majd azt a cső keresztmetszetének középső részébe kényszerítik, ezáltal szabaddá téve a cső falát a belülről kifele áramló melegebb közeg számára. A hűtendő közeg periodikus áramlását a hőcserélő belépésénél elhelyezett pl. villamosán mozgatott és elektronikusan vezérelt önmagában ismert zárószerkezet vagy bármely más ugyancsak ismert mechanikus zárószerkezet végezheti. Olyan megoldás is hatékony lehet, ahol a zárószerkezet mozgatását az áramló közeg energiájával biztosítjuk.

Claims (6)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Szerkezet hőcserélők csöveiben áramló viszkózus folyadékok höátadási tényezőjének javítására, amely a cső belsejében kialakított terelőelemekkel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a szerkezet a cső (1) belső falán áramló határréteget a cső beseje irányába terelő terelőcsatornákkal (6) 60 ellátott, a cső (1) belső terét a cső (1) tengelyére merőleges szakaszokra osztó terelőelemekkel (2) rendelkezik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a terelőelemek (2) rögzítőhuzalhoz (3) vannak rögzítve, melyek rögzítőelemek (4) útján vannak a csőhöz (1) kötve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a terelőelemek (2) a rögzítőhuzalokhoz (3) kapcsolódó, periodikus mozgás végzésére alkalmas önmagában ismert szerkezethez vannak kötve.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzaljellemezve, hogy a rögzítőhuzalok (3) rugóhoz (9) csatlakoznak, és hogy a cső (1) a közeget perodikusan áramoltató önmagában ismert szerkezethez csatlakozik.
5. 5. A 4. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a közeget perodikusan áramoltató szerkezet egy külső energiaforráshoz csatlakoztatott elzárószerkezet
6. 6. A 4. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a közeget perodikusan áramoltató szerkezet az áramló közeg energiája által működtett önmagában ismert elzárószerkezet.