HU201840B - Cooling insert of cross-flow - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya keresztáramú gáznemű és folyadék közegek közötti hó- és anyagátadási folyamatokhoz, célszerűen hűtőtornyok és gáztalanítók részére, amely egymás mellett párhuzamosan elhelyezkedő vékony - fóliaszerű - függőleges lemezekből áll és amelyek felületén hullámvonal alakú közegvezető csatornák vannak kialakítva. A találmány szerinti keresztáramú hűtőbetét újdonsága abban van, hogy a gázáramlás megközelítőleg vízszintes tengely körül elrendezett párhuzamos gázcsatornái (2) belépő egyenes szakaszokkal (6) indulnak és egyenes kilépő szakaszokkal (7) végződnek, közben pedig elnyújtott hullámvonal alakúak, továbbá, hogy két szomszédos lemezen (1) a gázcsatornán (2) mindig ellenkező fázisban vannak kialakítva, miáltal a gázcsatornák (2,5) egyes pontokon keresztezik egymást, amely kereszteződési pontok alatt és felett érintkezési felületekkel (3) rendelkeznek; és hogy az érintkezési felületekre (3) a középvonalaik (4) által meghatározott sikban a lemezek két oldalán levő szabad keresztmetszetek 1:4, 1:15 közötti arányban változóan vannak kialakítva, és hogy ez a változó keresztmetszet szolgál a folyadék megvezetőszervként. (1. ábra) A leírás terjedelme: 4 oldal, 3 ábra 1. ábra HU 201 840 B -1-

Description

A találmány tárgya keresztáramú hűtőbetét gáznemű és folyadék halmazállapotú anyagok hőés/vagy anyagátadás elősegítésére, - különösen hűtőtornyokhoz és gáztalamtókhoz - amelyek egymás mellett elhelyezkedő téglalap alakú függőleges lemezekből állnak, és amelyeknek felületén párhuzamos bemélyedések vannak kialakítva.

Gázok és folyadékok közötti közvetlen hő- és anyagátadási folyamatoknál, - így pl. hőtornyoknál - szokásos megoldás, hogy a folyadékot egymás mellett elhelyezkedő közel függőleges felületű hűtőbetétekre vezetve osztják szét. A keresztáramú hűtőbetétnél a folyadék pl. víz lefelé, míg a gáz pl. levegő közel vízszintesen áramlik, így tehát a két közeg keresztezi egymást.

Ismeretesek olyan keresztáramú hűtőbetétek, amelyek lényegében olyan sík lemezek, amelyeknek felületén a víz függőlegesen folyik lefelé és a levegő a párhuzamos lemezek között vízszintes irányban áramlik.

Ismeretesek olyan műanyag lemezekből készített hűtőbetétek, amelyeknek felületén a vízszintessel 45°-os szöget bezáró hullámvonal alakú bemélyedés húzódik végig. Két-két szomszédos lemezt egymással szemben fordítva a hullámalakú csatornák keresztezik egymást.

Az említett hullámlemezzel kialakított keresztáramú betét tárgyát képezi pl. az US 3 415 502 sz. szabadalmi irat. Az ábrából látható, hogy mind a folyadék, mind a levegő részére azonos keresztmetszetű csatornák állnak rendelkezésre. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy a közel 45°-os csatornákon a hűtőbetétre felülről rávezetett folyadék oldalirányban elfolyik és nem vesz részt a hőés anyagátadásban.

A fenti hátrány kiküszöbölésére ad javaslatot az US 3 947 532 sz. szabadalmi irat, ahol a téglalap keresztmetszetű hűtőbetét hossza mentén folyadék visszaterelő lemezeket helyeznek el. Erre a megoldásra is jellemző, hogy a folyadék és a levegő azonos méretű csatornákon áramlik keresztül.

Az említett keresztáramú hűtőbetéteknél a levegő ferde csatornákon áramlik keresztül. A ferde csatornákban történő belépés azonban mindig iránytöréssel jár, ami a szerkezet áramlási ellenállását jelentősen növeli.

Találmányunkkal célkitűzésünk olyan hűtőbetét létrehozása volt, amelynél a fent említett hátrányok nem lépnek fel, ugyanakkor a folyadék és gáz közötti intenzív kapcsolat egy kis áramlási ellenállású szerkezet révén biztosítható.

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy csupán a gázáram áramlási ellenálásának csökkentésére kell törekedni, amikor a folyadék nagyobb ellenállású keresztmetszeten áramlik és ekkor a betét tulajdonságai nem romlanak. A keresztmetszeteket tehát úgy kell kialakítani, hogy a gázáram részére lényegesen nagyobb és lehetőleg éles törésektől mentes csatorna alakuljon ki, míg a folyadék áramlására rendelkezésre álló keresztmetszet esetében ennek a fenti kívánságnak kisebb a jelentősége.

Célkitűzésünk a találmány szerint olyan keresztáramú hűtőbetéttel oldható meg, ahol a hó- és anyagátadási folyamatban résztvevő egyik közeg, a folyadék, függőlegesen felülről lefelé mutató főirány körül cikk-cakk alakban áramlik, míg a másik, a gáznemű közeg - pl. levegő - közel vízszintes tengelyű párhuzamos csatornákon áramlik keresztül.

A találmány szerinti szerkezet egymás mellett párhuzamosan elhelyezkedő fólia-szerű függőleges lemezekből áll, amelynek felületén olyan gázcsatornák találhatók, amelyek egyenes szakaszokkal induló és egyenes szakasszal végződő, elnyújtott hullámvonal alakúak, miáltal két szomszédos lemezen a gázcsatornák ellenkező fázisban haladnak, ezért egyes helyeken együtt haladnak, másutt egymáshoz képest eltolódnak, egyes helyeken pedig az alulrólfelülről szomszédos gázcsatornával érnek össze. Az összenyíló gázcsatornák a folyadék részére változó keresztmetszetű csatornákat alkotnak. Két szomszédos lemez ilyen kialakításával a lemezek egyes részei lencse alakú felületeken egymásra fekszenek fel. Ezeken az érintkező felületeken a lemezek egymáshoz rögzíthetők, miáltal kellő szilárdságú betéttömb alakítható ki.

Két lemez közötti érintkező felületek mindig azon gázcsatornaszakaszok alatt és felett alakulnak ki, ahol a két lemez egymás felé forduló gázcsatornái a csatorna talpmagasságánál tovább nem csúsznak el egymástól. További érintkező felületek alakulhatnak ki azokban a síkokban, ahol a gázcsatornák a csatorna összmagasságánál nagyobb mértékben csúsznak el egymástól. A folyadékcsatornák létrejöttéhez az szükséges, hogy az elsőként említett érintkező felületek vízszintes irányban ne legyenek összefüggők, azaz a hullámvonal amplitúdója a gázcsatornák talpmagasságának felénél nagyobb legyen. A folyadékcsatornát ez esetben a lemez teljes, a szomszédos lemezzel nem érintkező felülete határolja, melynek mérete az érintkezési felületek vízszintes középsíkjában minimális. Ez a minimális méret a gázcsatorna keresztmetszetének felénél kisebb.

A találmány szerinti keresztáramú hűtőbetétnél tehát, mint említettük a levegő az elnyújtott hullámvonal alakú csatornákon áramlik keresztül, míg a folyadék lényegében a légcsatornákra merőleges főirányban létrejövő csatornák falán áramlik felülről lefelé. A találmány szerinti szerkezeti elrendezés révén kis gázoldali áramlási nyomásveszteség mellett a folyamatban résztvevő közegek között az áramló közegek erős keveredésének, többszöri részáramokra történd bontásának következtében mindig igen intenzív hó- és anyagátadási folyamat jön létre.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál a gázcsatornák hullámvonalának amplitúdója a gázcsatornák függőleges osztásának negyede. Ez esetben a szomszédos lemezek érintkező felületeinek száma a kisebb hullámamplitúdójú kivitelhez képest megkétszereződik, aminek eredményeként a folyadékáram turbulenciája fokozódik, és a hűtőbetét mechanikailag szilárdabbra készíthető.

A találmány szerinti megoldás egy előnyös kiviteli alakjánál a gázcsatornák középvonalai a vízszintes irányhoz képest max. 15’-os lejtéssel rendelkezhetnek. A gázcsatornák lejtős elrendezése kettős célt szolgál. Egyrészt biztosítja, hogy folyadék-2HU 201840 Β cseppek ne sodródjanak a hűtőbetét előtti térbe, másrészt esetleges tisztátalanságok a kis lejtés eredményeképpen lemosódnak.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakjánál a folyadékcsatornák felső, esetenként az alsó vége olyan vízszintes metszősíkban helyezkedik el, hogy a lemezek két oldalán a gázcsatorna keresztmetszete azonos nagyságú. A hűtőbetét be- és kilépő keresztmetszetének ilyen elrendezése teszi lehetővé, hogy a lemezek mindkét oldalára azonos mennyiségű folyadék jusson. Az alsó keresztmetszetnek ilyen megválasztása biztosítja, hogy több betét egymás feletti elhelyezése esetén az alsóbb betétek vízelosztása is egyenletes marad.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakjánál a gázcsatornák falán folyadékátvezető furatok vannak kialakítva. A furatokra olyan esetekben van szükség, amikor a folyadék esetleg szennyeződéseket tartalmaz és ezért a folyadék részére nagyobb áramlási keresztmetszetet kell biztosítani. Ennek a megoldásnak további előnye, hogy az esetleges egyenlőtlen vízelosztás hátrányait kiküszöböli, minthogy a víz a hűtőbetétet alkotó lemezeken át tud hatolni.

A találmány egy további előnyös kiviteli megoldásánál a gázáramlás irányában és/vagy egymás felett egy- vagy több hűtőbetétlemezekből összeállított tömb helyezkedik el.

Végül megemlítjük a találmánynak azon előnyös kiviteli megoldását, ahol az egymás mellett párhuzamosan elhelyezkedő lemezek egymáshoz ragasztással kapcsolódnak, illetve vannak rögzítve.

A találmány szerinti szerkezet a továbbiakban a rajzokon szemléltetett kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti hűtőbetét oldalnézete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti hűtőbetét előlnézete, a

3. ábra az 1. ábra szerinti hűtőbetét felülnézete, a

4. ábra az 1. ábra 11 síkjában egy szelvényt ábrázol, az

5. ábra az 1. ábra 12 síkban ábrázolja a hűtőbetétet, a

6. ábra a találmány szerinti hűtőbetét oldalnézetét ábrázolja, amikor a hullámvonal amplitúdója a függőleges osztásnak éppen 1/4-e, a

ó.a, ábra a hűtőbetét előlnézete

7. ábra a találmány szerinti hűtőbetét ferde főirányú gázcsatornákkal, a

8. ábra a találmány szerinti hűtőbetét részlete oldalnézetben, furatokkal ellátva, a

9. ábra a furatokkal ellátott hűtőbetét előlnézete, a

10. ábra több lemeztömbből összeépített találmány szerinti hűtőbetétet ábrázol.

Az 1. ábra a találmány szerinti keresztáramú hűtőbetét oldalnézete látható. Az 1. ábra jobb alsó sarkán az első hűtőbetét lemez hiányzik. A hűtŐbetét a téglalap alakú 1 lemezekből van összeerősítve. Az 1 lemezeken elnyújtott hullámvonal alakú 2 gázcsatornák vannak kialakítva, amelyek a vízszintes 4 középvonalak mentén haladnak és amelyekből természetesen a rajzon látható hullámvonal a valóságban lényegesen több van.

A szomszédos lemezek a 3 érintkezési felületeken érnek össze. A 3 érintkezési felületek lencse alakúak és hossztengelyük vízszintes. A 3 érintkezési felületeken történik a szomszédos lemezek összeerősítése, pl. a műanyag lemezeknél ragasztás útján.

A gáz, pl. a levegő a G iránytól lép be a 2 gázcsatornákba és a váltakozva összeérő, majd egymástól eltávolodó csatornákon áramolva intenzíven keveredik. Az F irányból érkező folyadék, pl. víz a lemezek felületén folyik le, az érintkezési pontokat kerülgetve. A folyadék a lemez felületén vízszintes irányú elmozdulást is végez, mivel a hullámvonal 2 gázcsatornák egyes részeinek lejtése erre kényszeríti.

A gázcsatorna két végén a 6 belépő egyenes szakasz, és a 7 kilépő egyenes szakasz látható.

Az 1. ábrán szaggatott vonallal ábrázoltuk a szomszédos lemez 5 gázcsatornáját, míg a jobb alsó sarokban ugyanezt folyamatos vonallal rajzoltuk meg.

A 2. ábra a találmány szerinti hűtőbetét két 1 lemezének nézete a G irányból. Az ábrán látható, hogy a 2 gázcsatorna keresztmetszete trapéz alakú, de a trapéznak nem párhuzamos 8 falait görbe vonal is helyettesítheti. A 2 gázcsatorna 8 falak hullámvonal irányának merőleges metszetei egyenesek, vagy íveltek.

A 3. ábrán a találmány szerinti hűtőbetét két 1 lemezének felülnézete látható. Az 1 lemezek felső élei - így a beömlő keresztmetszetek - a lemez két oldalán azonos méretűek. Ez biztosítja, hogy a lemezek mindkét oldala azonos mennyiségű folyadékot kap. Ezt ábrázolják a 2. ábrán látható 9 és 10 metszősíkok.

A 4. ábra az 1. ábra 11 síkjában, az 5. ábra a 12 síkban felvett szelvényt mutatja. Látható, hogy a folyadék rendelkezésére álló 13 átömlőkeresztmetszetek váltakozva a lemez két oldalán jelentősen elszűkülnek.

A 6. és ó.a. ábrán a találmány egy olyan kiviteli alakja látható, ahol a 2 gázcsatornák hullámvonalának 14 amplitúdója a gázcsatornák 15 függőleges osztásának 1/4-e. Ez esetben a 3 érintkezési felületeken kívül a 16 érintkezési felületek is kialakulnak. Az ilyen lemezekből kialakított betétek kedvezőbb mechanikai tulajdonásgúak.

A 7. ábra kisebb léptékben egy olyan találmány szerinti hűtőbetétet mutat be, ahol a 2 gázcsatornák 4 középvonala a vízszintestől eltérő, az ábrán pl. kb 15°-os, és a 17 szögnek megfelelő lejtéssel halad. A gázcsatornák ezesetben is vízszintes 6 belépő és 7 kilépő egyenes szakasszal rendelkezik. A folyadék F áramlási iránya, a gáz G áramlási irányával ellentétes irányú is lehet.

A 8. és 9. ábra a találmány szerinti hűtőbetét egy részletének nagyított képét ábrázolj a abban az esetben, amikor a 2 gázcsatornák falán 18 furatok vannak kialakítva. A 18 furatok egyenletesen elosztva vagy szakaszonként helyezkedhetnek el a 2 gázcsatornák falán. A 18 furatok lehetővé teszik, hogy a folyadék nemcsak a 2 gázcsatornák azon hézagai között áramolhat cikk-cakk alakban fentről lefelé, ahol a két szomszédos lemezen levő csatorna szakaszok nem érintkeznek, egymással, hanem lehető3

-3HU 201840 Β ség van a függőleges keresztüláramlásra is.

A10. ábra olyan találmány szerinti keresztáramú hűtőbetétet mutat, amely három egymás mellett elhelyezkedő 19, 20,21 lemez, illetve alattuk elhelyezkedő 22,23,24 lemeztömbökként van összeállítva. Több függőleges lemezből álló hűtőbetét készítését gyártástechnikai megfontolások tehetik szükségessé. A több darabból álló hűtőbetét azonban olyan szempontból is előnyös lehet, hogy a folyadék és gázáramlás a megszakítások folytán turbulensebb kialakítást mutat.

Claims (8)

1. Keresztáramú hűtőbetét gáznemű és folyadék közegek közötti hő- és anyagátadási folyamatokhoz, célszerűen hűtőtornyok és gáztalanítók részére, amely egymás mellett párhuzamosan elhelyezkedő vékony - fóliaszerű - függőleges lemezekből áll, amelyek felületén hullámvonal alakú gázcsatornák vannak kialakítva, továbbá ahol két szomszédos lemezen a gázcsatornák mindig ellenkező fázisúak, miáltal a gázcsatornák egyes pontokon keresztezik egymást, amely keresztezés! pontok alatt és felett érintkezési felületekkel rendelkeznek, azzal jellemezve, hogy a párhuzamos gázcsatornák (2) belépő egyenes szakaszokkal (6) indulnak és egyenes kilépő szakaszokkal (7) végződnek, az érintkezési felületekre (3) a középvonalaik (4) által meghatározott síkban a lemezek két oldalán levő szabad keresztmetszetek 1:4,1:15 közötti arányban változóan vannak kialakítva, és hogy ez a változó keresztmetszet szolgál a folyadék megvezetőszerveként.

2. Az 1. igénypont szerinti keresztáramú hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy a gázcsatornák (2) középvonalai (4) a vízszintes síkhoz képest 0-15°-os lejtéssel (17) rendelkeznek.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti keresztáramú hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy a betét felső, adott esetben a felső és az alsó végén a lemezek (1) két oldalán azonos méretű szabad keresztmetszet van kialakítva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti keresztáramlású hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy a gázcsatornák (2,5) oldalfalain (8) folyadék átvezető furatok (18) csoportosan, vagy egyenletesen elosztva találhatók.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti keresztáramú hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy a gázáramlás irányában egymás mellett és/vagy függőlegesen egymás felett egy vagy több hűtőbetét lemez (19,20,21,22,23,24) tömbként helyezkedik el.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti keresztáramú hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy az egymás mellett elhelyezkedő hűtőbetét lemezek (1) ragasztással vannak rögzítve egymáshoz.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti keresztáramú hűtőbetét, azzal jellemezve, hogy a folyadékcsatornák hullámalakjainak amplitúdója (14) a hullámalak függőleges osztásának (15) 1/4-e, így az érintkezési felületeken (3) kívül további érintkezési felületek (16) is ki vannak alakítva.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti keresztáramú hűtőtoronybetét, azzal jellemezve, hogy a gázcsatorna (2) falak (8) hullámvonal irányának merőleges metszetei egyenesek, vagy íveltek.