HU201146B - A heat exchanger - Google Patents

Description

A találmány tárgya hőcserélő két folyadékközeg közti hőátadás megvalósítására, melynek két, folyadékot át nem eresztő fallal elválasztott kamrája van, ezek közül az egyik az első, a másik pedig a második folyadékközeg átáramoltatására alkalmas. A hőcserélő elsősorban olyan közegek közti hőátadásra alkalmas, amikor legalább az egyik közeg szennyezett és/vagy bevonatok, lerakódások képzésére hajlamos a hőcserélő felületén.

Ismeretes, hogy ha szennyezett, vagy idegen anyagot tartalmazó folyadékokat úgymint tengervizet hűtési célokra, pl. vízi járművek hajtómotorjainak hűtésére használunk fel. akkor komoly gondokat okoz, hogy a hőcserélő eldugulhat, vagy falán lerakódások léphetnek fel. Mindkét jelenség rontja a hőcserélő hőátszármaztatási képességét. Az eltömődés veszélyének kiküszöbölése céljából hasonló hőcserélők átömlő keresztmetszeteit nagy felületűre készítik, ami viszont növeli a térfogatukat és csökkenti a hatásfokot. Jelenleg nincs megfelelő módszer az ilyen lerakódások megakadályozására, ezért szabályos időközönként ki kell tisztítani a hőcserélőt, vagy éppenséggel ki kell cserélni. Az egyetlen áthidaló megoldás ilyen esetben úgy túlméretezni a hőcserélőt, hogy még erős lerakódás mellett is alkalmas legyen hőátadásra. A tisztátlan anyag mint pl. tengervíz szennyezettségének foka nagymértékben és gyorsan változhat. így ilyen anyag hőátadásra való felhasználásánál jelentős a kockázat, hogy a hőcserélő eltömődik és elveszti hatásosságát. Erre példa vízi járművek hajtómotorjainak hűtése, amikor is a hűtővíz sokszor olyan szennyezett lehet, hogy eltörni a hőcserélőt.

A találmány célja fenti hátrányokat kiküszöbölő olyan hőcserélő kialakítása, melynek hőátadó felületei hatékony hőcserét biztosítanak, ugyanakkor kis átömlő keresztmetszetűek. Lerakódások esetén az eldugulás megelőzése érdekében külső manipulációval, a hőcserélő szétszerelése nélkül megtisztítható, miközben legalább az egyik átáramló közeg szennyezett és/vagy lerakódásra hajlamos. További cél fagybiztos hőcserélő kialakítása fagyálló adalék adagolása nélkül olyan esetben, ha a szennyezett és/vagy lerakódásra hajlamos közeg víz. ami normál eset például vízi járművek hajtómotorjainak hűtése esetén.

A kitűzött célt olyan tárgyi kialakítással érjük el, hogy a hőcserélő lényegében körkeresztmetszetű csőszerű elválasztó falának tengelyirányban nyitott végein beömlőnyílást képező első persely és kiömlőnyílást képező második persely van: az elválasztó fal egy vele egytengelyű lényegében hengeres hüvelyszerű külső fallal térközzel elválasztva körül van véve, miközben a külső fal tengelyirányú végei tömítő módon hozzá vannak kapcsolva az elválasztó fal külső felületéhez: a külső falnak beömlőnyílása és kiömlőnyílása van: a hengeres külső fal az elválasztó fallal folyadékközeg átömlő kamrát határoz meg; és a hengeres külső fal túlnyomó része hajlékony, rugalmas anyagból van. miáltal ez az elválasztó falhoz képest relatív elmozdulásra alkalmas, és így a külső fal és az elválasztó fal közti sugárirányú távolság helyileg változtatható.

Célszerűnek bizonyult a találmány szerinti hőcserélő olyan kiviteli alakja, hogy külső fala lényegében rugalmasan hajlékony polimer anyagból, például gumiból vagy műanyagból van.

Ί

Egy további előnyös kiviteli alak szerint az elválasztó fal külső felületén tengelyirányban elnyúló, sugárirányban kiálló bordák vannak, a rugalmasan hajlékony külső fal belső felületén tengelyirányban elnyúló befelé kiálló bordák az elválasztó fal bordái között helyezkednek el és a beömlőnyflás valamint a kiömlőnyílás a rugalmasan hajlékony külső fal egymással szembenfekvö tengelyirányú végeinek közelében van kialakítva.

Előnyösnek bizonyult az olyan megoldás is, hogy a rugalmasan hajlékony külső falon levő bordák sugárirányú mérete kisebb mint az elválasztó fal külső felületén levő bordáké.

Kedvező az olyan kiviteli alak, hogy az elválasztó falon és a külső falon levő bordák keresztmetszete trapéz alakú.

Célszerűen megválasztott további kiviteli alak szerint a hőcserélő csőszerű hengeres elválasztó falának belső felületén nagyszámú kerület menti borda van, melyek között az átáramló közeg számára horony alakú kerület menti csatornák vannak; e bordák az elválasztó fal kerülete mentén váltakozva egyenletesen elosztott, az áramló közeget a kerület menti csatornába vezető ill. onnan elvezető elosztó csatornákkal ill. gyűjtő csatornákkal meg vannak szakítva; az elosztó csatornák a beömlőnyílást képező persellyel a bordák sugárirányban belső szegélyeit érintő hengeres hüvelyen kialakított nyílásokon keresztül vannak összekötve, a gyűjtő csatornák a kiömlőnyílást képező persellyel pedig a hengeres hüvelyen kialakított vályúkon át vannak összekapcsolva.

A találmányt az alábbiakban célszerű példaképpeni kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra való hivatkozással ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra a találmány szerinti hőcserélő oldalnézete félig metszetben, a

2. ábra pedig a hőcserélő kinagyított keresztmetszeti részlete.

A találmány szerinti vázolt kiviteli alakú hőcserélő alkalmas példaképpen vízi jármű hajtómotorok hűtővizének vagy kenőolajának tengervízzel történő visszahűtésére.

A hőcserélőnek van egy lényegében kör keresztmetszetű, tengelyirányú végein nyitott csőszerű elválasztó 1 fala. A cső folyadékot át nem eresztő falat képez, mely elválasztja egymástól a két közeget, melyek közül az első a csövön belül, annak belső falával hőátadó érintkezésben, a második pedig a cső falán kívül ugyancsak hőátadó érintkezésben áramlik. A cső végeibe belső menetes 2 és 3 perselyek vannak illesztve, amelyekkel a hőcserélő beköthető a hűtendő közeg keringő rendszerébe. Ez a közeg lehet például vízi járművek hajtó motorjának hűtővize vagy kenőolaja, melyek tisztaságát feltételezzük. Az elválasztó I falat képező cső így kívülről határolja az első közeg áramló kamráját. A hőcserélőben áramló második közeg kamráját, mely közeg lehet szennyezett és/vagy lerakódásra hajlamos, egy az elválasztó I fal külső felülete és egy vele egytengelyű, sugárirányban kívüleső hüvelyszerű külső 4 fal közti gyűrű alakú tér képezi. A csőszerű külső 4 fal tengelyirányú végei folyadékot tömítő módon vannak az elválasztó 1 fal külső felületéhez kapcsolva, és a külső 4 fal végei közelében a második közeg számára szolgáló 5 beömlőnyílás és 6 kiömlőnyílás van.

-2I

HU 201146 Β

A találmány szerinti kiviteli alaknál a hüvelyszerű külső 4 fal rugalmas, hajlékony anyagból, úgymint gumiból vagy műanyagból készül. A külső 4 fal hajlékony rugalmassága folytán képes elmozdulni a merev elválasztó 1 falhoz viszonyítva, miáltal az áramló közegben található részecskék és szennyeződések könnyen átjutnak a külső 4 falon belüli üregen, és az eldugulás lehetősége csekély. A külső 4 fal ezen rugalmassága azt is lehetővé teszi, hogy az elválasztó 1 fal és külső 4 fal közti áramló kamra sugárirányú mérete rugalmasan változhasson, tehát szűküljön ha az átáramló folyadékmennyiség kicsi, és bővüljön ha az nagy. Ha a kamrában eltömődés lép fel. úgy megnő a nyomás, és nő a kamra sugárirányú mérete, miáltal a dugulást okozó szennyeződés eltávozik. A képlékenyen rugalmas külső 4 fal az elválasztó 1 fal külső felülete menti előre-hátra való elmozdulásra is képes a nyomásesés változásának megfelelően, ami bizonyos mértékig csökkenti a dugulást hajlamot, és az elválasztó 1 fal külső felületének eltömődését. Amennyiben szükséges az eltömőtíéseket és lerakódásokat eltávolítani, akkor a rugalmas külső 4 fal kézzel nyomogatható és/vagy hossztengelye körül elcsavarható hosszirányú húzogatása közben.

Amennyiben a szennyezett közeg elegendő mennyiségben áll rendelkezésre, mint a vázolt esetben, akkor a rugalmas külső 4 fal belső felülete lehet sima, mivel a nagy folyadékáram biztosítja a kívánt hőátadást. Az alkalmazott szennyezett közeg általában víz, melynek hőátadási tulajdonságai nagyon kedvezők. Előnyös azonban a hőátadó felület növelése érdekében, ha az elválasztó 1 fal külső és a külső 4 fal belső felületét tengelyirányú bordákkal látjuk el. mint az a 2. ábrán látható. Ebben az esetben előnyösen a rugalmas külső 4 fal 8 bordái némileg alacsonyabbak az elválasztó 1 fal külső felületének 7 bordáinál, így az elválasztó 1 fal teljes külső felülete hőátadó módon érintkezik az áramló közeggel.

Ha az elválasztó 1 fal és a rugalmas külső 4 fal közt áramló közeg víz, a vázolt kivitelű hőcserélő fagybiztos, fagyálló adalék hozzáadása nélkül, ugyanis az 1 fal és 4 fal közti áramló kamra sugárirányú mérete kicsi és a külső 4 fal rugalmas. Ehhez még az is hozzájárul, hogy a 7 bordák közti rés ék alakban elvékonyodó, és azt részben a rugalmas külső 4 fal rugalmas 8 bordái töltik ki. Következésképp, a víz befagyásakor keletkező vékony jégréteg, amelynek térfogata megnövekszik nem feszíti az elválasztó 1 falat, hanem könnyen leválasztható vagy letörhető onnan amiatt, hogy húzó és hajlító feszültségek felvételére alkalmatlan.

Az elválasztó 1 falon belüli átfolyó kamra, mely a viszonylag tiszta hűtendő folyadék befogadására alkalmas, különböző módokon alakítható ki. Még ha a folyadékközeg hőátadási tulajdonságai nagyon kedvezőtlenek is (például olajtartalmú), a találmány szerinti hőcserélővel igen jó hőátszármaztatás valósítható meg akkor, ha az elválasztó 1 falon belüli átfolyó kamrát a PCT/SE 84/00245 sz. nemzetközi szabadalmi leírásban ismertetett hőátadási elveknek megfelelően lamináris áramlásra alkalmas módon alakítjuk ki. A vázolt, példa szerinti kiviteli alaknál ezt úgy biztosíthatjuk, hogy az elválasztó 1 fal belső felületét nagyszámú sugárirányban befelé álló kerület menti 9 bordával látjuk el, melyek egybe vannak építve az elválasztó 1 fallal és amelyek között képzett kerületmenti horonyszerű csatornákon a hűtött közeg laminárisán áramlik. A 9 bordákat tengelyirányban elnyúló, kerület mentén elosztott elosztó 10 csatornák és gyűjtő 11 csatornák törik meg. A közeg az elosztó 10 csatornákba a 9 bordák belső szegélyén belüli hengeres 13 hüvely 12 nyílásain át áramlik be. A, közeg az elosztó 10 csatornákból a 9 bordák közti' kerület menti horonyszerű csatornákon át a tengelyirányú gyűjtő 11 csatornákba és a hengeres 13 hüvely tengelyirányú 14 vályúiba folyik. Ezen 14 vályúk a gyűjtő 11 csatornákon belül vannak, és az áramlási irányban szélesednek. A folyadékközeg ezekből a csatomaszerű 14 vályúkból a kifolyó 3 perselyen át távozik.

A beömlő 2 perselytől kiömlő 3 perselyig irányuló áramlást az 1. és 2. ábrákon nyilak jelzik. Az elosztó 10 csatornák és gyűjtő 11 csatornák közti kerület menti 9 bordákat ugyancsak szűk 15 hornyok törik meg, melyek célja a fent említett nemzetközi szabadalmi leírásban részletesen ismertetve van. Ha a csőszerű elválasztó 1 falon sugárirányban áramló hőátadó közeg szintén tisztításra szorul a szűk kerület menti csatornák eltömődésének megakadályozása céljából, úgy egy kúpos hálószerkezetet helyezhetünk a hengeres 13 hüvely 14 vályúinak befelé irányuló fenék felületére, a közeg megszűrése céljából.

Claims (7)

1. Hőcserélő két folyadékközeg közti hőátadás megvalósítására, melynek két, folyadékot át nem eresztő fallal elválasztott kamrája van, ezek közül az egyik az első, a másik pedig a második folyadékközeg átáramoltatására alkalmas, azzal jellemezve, hogy lényegében körkeresztmetszetű csőszerű elválasztó falának (I) tengelyirányban nyitott végein beömlőnyílást képező első persely (2) és kiömlőnyílást képező második persely (3) van; az elválasztó fal (1) egy vele egytengelyű, lényegében hengeres hüvelyszerű külső fallal (4) térközzel elválasztva körül van véve miközben a külső fal (4) tengelyirányú végei tömítő módon hozzá vannak kapcsolva az elválasztó fal (1) külső felületéhez; a 4ίΰΒ0 falnak (4) beömlőnyílása (5) és kiömlőnyílása (6) van; a hengeres külső fal (4) az elválasztó fallal (1) folyadékközeg átömlő kamrát határoz meg; és a hengeres külső fal (4) túlnyomó része hajlékony, rugalmas anyagból van.

2. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy külső fala (4) lényegében rugalmasan hajlékony polimer anyagból, például gumiból vagy műanyagból van.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy az elválasztó fal (1) külső felületén tengely irányban elnyúló, sugárirányban kiálló bordák (7) vannak, a rugalmasan hajlékony külső fal (4) belső felületén tengelyirányban elnyúló befelé kiálló bordák (8) az elválasztó fal (1) bordái (7) között helyezkednek el és a beömlőnyílás (5) valamint a kiömlőnyílás (6) a rugalmasan hajlékony külső fal (4) egymással szembenfekvő tengelyirányú végeinek közelében van kialakítva.

4. A 3. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy a rugalmasan hajlékony külső falon (4) levő

HU 201146 Β bordák (8) sugárirányú mérete kisebb mint az elválasztó fal (1) külső felületén levő bordáké (7).

5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy az elválasztó falon (1) és a külső falon (4) levő bordák keresztmetszete trapéz alakú.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő. azzal jellemezve, hogy a csőszerű hengeres elválasztó falának (1) belső felületén nagyszámú kerület menti borda (9) van, melyek között az átáramló közeg számára horony alakú kerületmenti csatornák vannak; e bordák az elválasztó fal kerülete mentén váltakozva egyenletesen elosztott, az áramló közeget a kerületmenti csatornába vezető ill. onnan elvezető elosztó csatornákkal (10) ill. gyűjtő csatornákkal (11) meg vannak szakítva; az elosztó csa5 tornák (10) a beömlőnyílást képező persellyel (2) a bordák sugárirányban belső szegélyeit érintő hengeres hüvelyen (13) kialakított nyílásokon (12) keresztül vannak összekötve, a gyűjtő csatornák (11) a kiömlőnyílást képező persellyel (3) pedig

10 a hengeres hüvelyen (13) kialakított vályúkon (14) át vannak összekapcsolva.