HU207814B

HU207814B - Method for producing heat exchangers and heat-exchanging unit

Info

Publication number: HU207814B
Application number: HU883822A
Authority: HU
Inventors: Albert Edward Merryfull
Original assignee: Ice Cel Pty Ltd
Priority date: 1987-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1993-06-28
Also published as: WO1988009261A1; US5109920A; ATE127072T1; EP0485373A4; MY110237A; EP0485373A1; JPH10170171A; JP2704988B2; JP3022407B2; JPH03501103A; DE3854399D1; NZ224777A; EP0485373B1; KR890701330A; CA1318663C; DE3854399T2

Description

A találmány tárgya eljárás hőcserélő előállítására, valamint hőcserélő elem. Ilyen elemeket használnak hőcserélők, például épületek hűtő és fűtő berendezéseiben.

Ismeretesek olyan, épületek fűtésére és hűtésére szolgáló rendszerekben alkalmazott hőcserélők, melyek rendszerint tartalmaznak egy tartályt, mely fázisváltoztató közeggel van megtöltve, és amelyen több, egymással párhuzamos hőcserélő kör halad keresztül. A fázisváltoztató közeg rendszerint vizes alapú, és a fázisok vízből, illetve jégből állnak annak érdekében, hogy hideget tároljanak és szabadítsanak fel. Tipikusan a csövek, melyek a hőcserélő elemeket tartalmazzák, tekercselt formában vannak elhelyezve, és egy bevezető sokágú cső és egy kivezető sokágú cső között helyezkednek el.

Egy ismert hőcserélő elem függőlegesen elrendezett távtartó elemeket foglal magába, melyek a menetek egymáshoz képesti helyzetét tartják fenn egymás fölött. A csövek egymáshoz közel vannak elhelyezve, és azok odafelé vezető áramlási irányai a visszafelé vezető áramlási irányokhoz tartozó részek között vannak fésűszeruen közbeékelve annak érdekében, hogy minimalizálják a fázisváltoztató közeg egészében a hőmérsékleti gradienst. Ilyen módon azt kívánják elérni, hogy jeget képezzenek egyidejűleg a fázisváltoztató közegben végig, és a vizet felfelé mozdítsák el, hogy ezáltal megakadályozzák a tartály falaira a közeg által kifejtett nyomás kialakulását. Azonban a gyakorlatban a tartályokat gyakran rugalmas anyagból építik fel annak érdekében, hogy az bizonyos fokig ki tudjon tágulni.

Hőcserélő elemeket leggyakrabban úgy alakítottak ki, hogy műanyag csövekből tekercseket képeztek. Ez egy lassú és fáradságos művelet, és szinte lehetetlen úgy készíteni tekercseket, hogy a menetek közötti térközök egyenletesen legyenek, valamint hogy össze ne nyomják vagy csomósítsák a csöveket. Az egyenetlen térbeli elosztás következtében a fázisváltoztató közegben hőmérsékleti gradiensek jelennek meg, míg az összecsomósodás miatt elfogadhatatlan nyomásesések jönnek létre a menetek mentén. Ezenkívül a műanyag csöveket csévékről tekercselik le, melyek mondjuk 100 m csövet tartalmaznak, és maga a cső alakja deformálódik a csévén, ennek következtében a letekercselés után igyekszik felvenni a csévén korábban felvett alakját. Ez még nehezebbé teszi a csöveknek olyan tekercsekbe való elrendezését, melyekre a hőcserélő elemnél szükség van, és nagyon nehézzé válik a feltekercselt csöveknek a kívánt elrendezésben való tartása is.

Ismeretes olyan hőcserélő elem, mely spirál formában van kialakítva, és az egyes elemek függőleges távtartó rudak segítségével vannak egymáshoz erősítve, mint pl. az AU-PS 45 102/85, a GP-PS 2 075 172, 2 017 895, 1 536 243 és 1 551 112 sz. leírásokban.

A hőcserélők gyártása során problémát jelent az, hogy az elemeket a tartály belsejében erősen a helyükön kell tartani valamilyen rögzítés segítségével annak érdekében, hogy megakadályozzák azok mozgását, mely a csövek lebegési képességéből adódik. A helyzetrögzítésnek elegendően erősnek kell lennie ahhoz, hogy a hőcserélő elemek rögzítő elemei kibírják, ha gyakran pumpálnak vizet a tartályba szigorú ellenőrzés nélkül.

Az ismert hőcserélőkkel és hőcserélő elemekkel, valamint azok gyártásával kapcsolatban sok egyéb probléma is van, például az, hogy a szerelvény egyes részeinek a nyomáspróbája bonyolult a szerelés alatt, ami ahhoz vezetett, hogy drága, felszerelés előtti vizsgálatokat kell végezni.

A találmány célja az ismert megoldások fent említett hiányosságainak kiküszöbölése, ill. lényeges javítása.

A kitűzött célt olyan eljárás kidolgozásával értük el, melynek során deformálható műanyag csőből legalább két darab spirál alakú hőcserélő elemet alakítunk ki, és helyezünk egymás fölé, a hőcserélő elemek egyik végét bevezető sokágú csővel, másik végét pedig kivezető sokágú csővel kötjük össze. A találmány szerinti új eljárás lényege, hogy a csővezetéket azok megszilárdulása előtt tekercseljük fel folyamatos spirál alakjában, melyek lényegében síkokban helyezkednek el; és a csővezetékek által képezett spirálokat legalább egy távtartó rúd hossza mentén rögzítjük és a spirálokban a csővezetékek elhelyezkedését fenntartjuk.

A csővezeték anyaga lehet PVC vagy nylon vagy bármilyen más megfelelő anyag, de előnyösen polietilén pelletekből extrudálással van kialakítva.

Előnyös módon a csővezetéket egy forgóasztalra tekercseljük, míg annak hőmérséklete 40 és 60 °C között van.

A távtartó rúd előnyösen sugárirányban nyúlik ki és annak hossza mentén bemélyítésekkel van ellátva, melyek alkalmasak arra, hogy a csővezetéket külső átmérőjénél rögzített helyzetben tartsák. Miután a csővezetékből elkészített teljes spirált összekapcsoltuk a távtartó rúd mentén lévő bemélyítésekkel, egy reteszelő rudat lehet azok tetejéhez erősíteni, mely annak összes bemélyítését lezárja és ezáltal lehetővé teszi, hogy a spirált a forgóasztalról levegyük és könnyen dolgozhassunk vele. Előnyös módon a reteszelő rúd először oly módon kapcsolódik a távtartó rúddal, hogy lehetővé teszi a csővezetéknek bizonyos mértékű elmozdulását, majd ezt követően tovább mozgatva egy irreverzíbilis kapcsolódást hozunk közöttük létre, amely nem engedi meg a csővezeték további elmozdulását.

A távtartó rudakat előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy alsó részüknél kiszélesedjenek annak érdekében, hogy bizonyos mértékű terhelésmegoszlást biztosítsunk.

A spirálokat ezt követően egy merev tartólapra helyezzük, amelynek élei mentén körben függőleges rudak nyúlnak felfelé, melyeknek célja az, hogy a spirálok oldalirányú elmozdulásait korlátozzák. Egy második merev tartólapot kapcsolunk össze a függőleges rudak felső végeivel annak érdekében, hogy egy szállítható szerkezetet alakítsunk ki.

Előnyös, ha a spirálokat váltakozva az óramutató járásával megegyező irányban és azzal ellenkező irányban tekercseljük, és egymás fölött párban rendezzük el azokat

Előnyös, ha az egyes spirálokból álló párok belső

HU végeit egymással összekötjük, az alsó spirál külső végét összekötjük a bevezető sokágú csővel, a felső spirál külső végét pedig a kivezető sokágú csővel annak érdekében, hogy egy kört alakítsunk ki. Ennek az az előnye, hogy a hőcserélő folyadék ugyanabba az irányba áramlik mindkét spirálon keresztül, és így a körben nem lép fel az irányváltással kapcsolatos nyomásesés.

Előnyös, ha az elemet egy tartályba helyezzük és ezután hozzáerősítjük a tartályhoz.

Előnyös továbbá, ha az elemet a tartály fenekéhez rögzítjük.

A tartályt előnyösen egy külső és egy belső üvegszálas rétegű szendvics-szerkezetből állítjuk elő, ahol az üvegszálas rétegek között hőszigetelő anyag található.

A találmány második tárgya értelmében egy hőcserélő elemet hoztunk létre, mely az alábbi elemekből áll: több rugalmas csővezetékből, melyek lényegében síkbeli spirál formájában vannak elrendezve, az egyes spirálok lényegében vízszintesen vannak elhelyezve egymás felett, a spirálokat képező csővezeték legalább egy lényegében vízszintesen elhelyezkedő távtartó rúddal van összekapcsolva annak hossza mentén abból a célból, hogy a csővezetéket a spirál elrendezésben tartsa; de a spirálok a fölöttük vagy alattuk lévő spirálokhoz képest szabadon elmozdulhatnak; a spirálok egyik vége egy bevezető sokágú csővel, a másik vége pedig egy kivezető sokágú csővel van összekötve. A találmány szerinti új megoldás lényege, hogy függőleges irányban a szomszédos spirálok rugalmas eszközzel vannak rögzítve.

Előnyösen az egyes spirálok közepénél egy üres tér található, mely egy hengeres, tér, amely koaxiális a spirálokkal, és amely az elem közepénél végighúzódik.

Előnyösen a hajlékony csővezetékek polietilénből vannak kialakítva, azok termikus és kémiai stabilitása és mechanikai szilárdsága miatt. A csővezetékeket azonban előlehet állítani PVC-ből vagy nylonból vagy bármilyen más anyagból.

Előnyös továbbá, ha a távtartó rudak az egyes spirálokhoz képest sugárirányban nyúlnak ki.

Előnyös továbbá, ha a távtartó rudak hosszúságuk mentén bemélyítésekkel vannak ellátva, amelyeknek mérete megegyezik a csővezetékek külső átmérőjével.

Előnyös, ha az) egyes távtartó rudak tetejével egyegy reteszelő rúd kapcsolódik, melyek megakadályozzák a csővezetékek elmozdulását.

Előnyös továbbá, ha a távtartó rudak alsó része lefelé szélesedő formában van kialakítva annak érdekében, hogy bizonyos mértékű terhelésmegoszlást biztosítsunk.

Előnyös továbbá, ha az elem egy első merev tartólapot képező szerelvényen helyezkedik el, és az első tartólapot képező szerelvény széle körül függőleges rudak nyúlnak felfelé és kapcsolódnak egy azok fölött elhelyezett második merev tartólapot képező szerelvénnyel, és azzal együtt a hajlékony csővezetéket tartalmazó merev kalickát képeznek. A bevezető és kivezető sokágú csöveket előnyösen az elem oldala fölött függőleges helyezzük el.

Előnyös továbbá, ha az egyes párok belső vége egymással össze van kötve, az alsó spirál külső vége

814 B 2 össze van kötve a bevezető sokágú csővel, és a felső spirál külső vége pedig össze van kötve a kivezető sokágú csővel. Az egy párban lévő spirálok csővezetékei azok hosszúsága mentén el vannak vágva és az egyes spirálok egy-egy belső részt, illetve külső részt képeznek. Hyen módon a hőcserélő folyadék ugyanabba az irányba áramlik, vagy az óramutató járásával megegyező irányban, vagy azzal ellenkező irányban, mind a két spirálban. A két spirál közötti összeköttetést nem kell éles szögben meghajlítani, az akár egyenes is lehet. Ilyen módon az áramlási irányban az éles változásoknál egyébként fellépő nyomásesést elkerüljük. Ezenkívül kisebb feszültség jön létre a csövekben és az • összeköttetésekben.

Egy nagy átmérőjű elem estében előnyös lehet, ha két vagy több egymással koncentrikus spirált helyezünk el minden rétegben annak érdekében, hogy a bevezető sokágú cső és a kivezető sokágú cső között csökkentsük a nyomásesést. Annak érdekében, hogy ezt meg tudjuk valósítani, egy spirálpárt lehet tekercselni és azután azt el lehet vágni kb. középen. A spirálpárok külső részeit az előbbi módon kötjük össze; a belső részek belső végeit összekötjük, a belső részek elvágott végeit összekötjük a bevezető és kivezető sokágú csövekkel oly módon, hogy az egyes spirálok belső és külső részeiben az áramlások ellenkező irányúak. Azonban az áramlást ugyanabban az irányban tartjuk a külső részek párjában mindenütt, és így az áramlások azonos irányban történő tartásával kapcsolatos fent említett összes előnyt megtarthatjuk az összes körben. Ezenkívül az egyes spirálok külső és belső részeiben létrehozott ellenirányú áramlások azt a célt szolgálják, hogy a hőcserélő folyadék egyirányú áramlása által előidézett bármilyen giroszkopikus hatást semlegesítsünk.

Egy hőcserélő tartalmazhat egy tartályt, előnyösen egy merev szerkezetű tartályt, melynek párhuzamos falai vannak, amelyekbe a fent említett elemet beleerősítjük.

Egy ilyen tartályt előnyösen üvegszálakból állítunk elő, és az elemet előnyösen a tartály fenekéhez erősítjük.

Az alábbiakban a találmány szerinti eljárást kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábra a találmány szerinti berendezés elölnézete, melyet a találmány értelmében egy hőcserélő elem formájában lehet alkalmazni;

a 2. ábrán egy olyan elrendezés oldalnézete látható, melyen egy pár az 1. ábra szerinti berendezés van felszerelve;

a 3. ábra egy a találmány szerinti hőcserélő elemben alkalmazott távtartó rúd oldalnézete;

a 4. ábra a 3. ábra szerinti távtartó rúd metszete, melyen a találmány szerinti hőcserélőben alkalmazott reteszelő elemek is láthatók;

az 5. ábra egy a találmány szerinti hőcserélőben alkalmazott és sugárirányban elrendezett karokból álló szerelvény felülnézete;

a 6. ábra az 5. ábrán a VI-VI metszősík mentén felvett részmetszet;

HU 207 814 Β a 7. ábra a találmány szerinti hőcserélő nézeti képe, ahol a hőcserélő egy kalickába van behelyezve;

a 8. ábra a találmány szerinti hőcserélő elem körében áramló hőcserélő közeg áramlási irányát mutatja vázlatos formában;

a 8a. ábra és a 8. ábrán látható ívcső felnagyított rajza;

a 9. ábrán a találmány szerinti hőcserélő elem körén keresztüláramló hőtovábbító közeg váltakozó áramlási irányainak vázlatos rajzát láthatjuk;

a 10. ábra a találmány szerinti hőcserélő sokágú csövének vázlatos rajza, mely egy kiszivattyúzó eszközzel is el van látva;

all. ábrán a 10. ábra szerinti sokágú csőhöz csatlakoztatott csővég vázlatos rajza látható;

a 12. ábrán a találmány szerinti hőcserélőben alkalmazott tartály metszete; és végül a 13. ábrán a találmány szerinti hőcserélő felülnézete látható.

Az 1. ábrára hivatkozva láthatjuk, hogy egy 1 forgóasztal van elhelyezve egy 2 fúvókafej közelében, mely egy műanyag extruderből az 1 forgóasztalra folyamatosan egy 3 csővezetéket vezet. Az 1 forgóasztal felső oldalán egy sor sugárirányban kinyúló alumíniumból készült 4 szakasz található, melynek mérete kb. a feltekercselni kívánt tekercs maximális átmérőjével egyezik meg, mely tipikusan kb. 3 m-es átmérőt jelent.

A 2. ábrán az 1. ábra szerinti 1 forgóasztal oldalnézetben látható, továbbá az is, hogy az 1 forgóasztal a vízszinteshez képest dőlt helyzetben van elrendezve. Az 1 forgóasztal egy 5 állványra van felszerelve egy második la forgóasztallal együtt, és ez az egész szerelvény 6 függőleges tengely körül elforgatható annak érdekében, hogy az extruder működése folyamatos lehessen.

A 3 csővezetékek felcsévélését megelőzően 7 távtartó rudakat rögzítünk az alumíniumból készült 4 szakaszok tetejére azért, hogy azok a csövek számára megvezetőelemként funkcionáljanak. A 7 távtartó rudakat a 3. és 4. ábrákon mutatjuk be. Látható, hogy ezek a 7 távtartó rudak hosszuk mentén 8 bemélyítésekkel vannak ellátva, melyeknek a hosszúsága akkora, hogy megfeleljen a 3 csővezeték külső átmérőjének. A 7 távtartó rudak alsó része kifelé szélesedően van kiképezve a 9 tartományban, annak érdekében, hogy bizonyos mértékű terhelésmegoszlást biztosítsunk, és a 8 bemélyítések között felálló szakaszok felső részénél 10 horogszakállak találhatók.

Az eljárás folyamán polisztirén szemcséket (pelleteket) olvasztunk be egy extruderbe, és sajtoljuk ki kb. 600 °C-on hirtelen lehűtő folyadékba, majd ezután a 2 fúvókafejbe adagoljuk, mielőtt azt az 1 forgóasztalon felcsévélnénk. A 3 csővezetékeket a 7 távtartó rúd 8 bemélyítéseibe kívülről befelé tekercselve helyezzük el, és 40 °C és 60 °C közötti hőmérsékleten fektetjük az 1 forgóasztalra, vagyis mielőtt a műanyag megkeményedne. Ez azt jelenti, hogy a műanyag 3 csővezeték a kívánt spirál formában keményedik meg. Ha a teljes spirált felcsévéltük az 1 forgóasztalra, a 3 csővezetéket elvágjuk. A következő spirált rögtön ezután le lehet fektetni az la forgóasztalra, és ellenkező irányba lehet csévélni.

Ha a teljes spirált lefektettük a 7 távtartó rudakra, egy 11 reteszelő rudat szorítunk rá az egyes 7 távtartó rudak tetejére annak érdekében, hogy megakadályozzuk a spirál meneteinek kimozdulását a 8 bemélyedésekből. All reteszelő rudat metszeti ábrázolásban a 4. ábrán mutatjuk be, mely két 12 és 13 szakállsorral van ellátva. Ebben a fázisban csak az alsó 12 szakáikor kapcsolódik össze a 7 távtartó rudak 10 horogszakállaival. Ha a 11 reteszelő rudak a helyükön vannak, a 3 csővezetékből álló spirált mint egészet lehet kezelni, anélkül, hogy elrontanánk annak elrendezését, de a 3 csővezetéket bizonyos mértékben el lehet mozdítani a 7 távtartó rudakhoz képest.

Előnyösen minden egyes spirálhoz hat vagy nyolc darab, sugárirányban elrendezett 7 távtartó rúdból és 11 reteszelő rúdból álló szerelvény tartozik. Aspirálok nem érnek egészen a középpontig vagy tengelyig, hanem attól nem messze végződnek oly módon, hogy egy üres térrészt hagynak a középpont vagy tengely körül, melynek átmérője mondjuk a spirál átmérőjének 1/10-e és 1/4-e között van.

Ha a 11 reteszelő rudakat a helyükre illesztettük, a tekercselt spirált elemeljük az 1 forgóasztaltól és valamilyen merev felületre fektetjük. Ezután all reteszelő rudakat a második 13 szakállsorboz kapcsoljuk. Ha a 11 reteszelő rudak a második 13 szakállsorhoz kapcsolódtak, a teljes spirálszerelvény szilárd és nem engedi meg, hogy a tekercs elcsússzon a reteszelőrudas szerelvényben.

Ezután a spirált felemeljük és ráhelyezzük egy 14 szerelvényre, melynek felülnézetét az 5. ábrán mutatjuk be.

A 14 szerelvény tartalmaz egy merev 15 középső korongot, amelyre acélból (vagy más megfelelő anyagból) készült 16 karok vannak felszerelve, melyek egy alátámasztó felületet képeznek, amelyre a spirált rá lehet rakni. 17 függőleges rudak nyúlnak ki a 16 karok külső végeiből, hogy a spirálok oldalirányú elmozdulásait megakadályozzák. A 15 középső korongon egy 18 középső lyuk halad át, amelynek tetejéhez egy 19 csavaranya van erősítve, e fölött pedig egy 20 kupak van rögzítve. Elegendő teret hagyunk a 19 csavaranya és a 20 kupak között ahhoz, hogy abba egy fejescsavar végét be lehessen illeszteni.

A 14 szerelvényre helyezett váltakozó spirálok ellenkező irányban tekerődnek. Az egyes spirálpárok belső végei egymással össze vannak fogva és egyesítve vannak, és így egy komplett beadagoló és visszatérő áramló kört képeznek.

A 3 csővezetékeket műanyagból, például nylonból készük U-alakú vagy enyhén görbült, vagy akár egyenes csövekkel, 21 ívcsövekkel lehet összekötni; ezeknek anyaga lehet azonban fém is. A csőösszekötő elemeket a 3 csővezetékkel 22 kör alakú szorítógyűrűk alkalmazásával csatlakoztatjuk tömítetten, melyeknek anyaga lehet műanyag vagy fém, de előnyösen műanyag zárópecket alkalmazunk, mely teljes körkörös hozzányomódást vagy nyomást fejt ki. El kell kerülni

HU 207 814 Β az olyan típusú szorítókapcsok alkalmazását, melyek kis lapos szakasszal rendelkeznek, mivel ezek lehetővé teszik, hogy a lapos szakasz végeméi a szorítókapocs és a cső között páralecsapódás és jég képződjék, és ez jégpúp képződéséhez vezethet, mely a csövet tönkreteszi és.szivárgást okoz.

Az egyes köröket képező spirálpárok külső végei egy 23 bevezető sokágú csővel és egy 24 kivezető sokágú csővel vannak összekötve.

Több ilyen kört lehet egymásra helyezni rétegesen, oly módon, hogy egy üreges hengeres hőcserélő elemet képezzenek, melynek tengelye mentén egy 25 üres tér van. Az elem súlya elég nagy lehet ahhoz, hogy valamelyik alsó spirált összezúzza, például 1200 N vagy több, úgyhogy alapvető körülmény, hogy a 7 távtartó rudaknak az alsó oldalai ne legyenek nagyon keskenyek, hanem képesek legyenek a terhelésnek az alsó spirálokon való eloszlatására. Az elem tetejét egy második 26 szerelvény zárja le, mely a felfelé álló 17 függőleges rudak tetejéhez van hozzákapcsolva. Az olyan nagy elemekben, melyek 3 m magasak lehetnek például vagy ennél is nagyobbak, közbenső szerelvényeket is lehet alkalmazni a szerkezeti kialakításban, hogy további stabilitást biztosítsunk.

Mielőtt rátérnénk arra, hogy hogyan lehet az ilyen elemek felhasználásával egy teljes hőcserélőt felépíteni, a csővezeték kör néhány előnyös kiviteli változatát ismertetjük.

A 8. ábrára hivatkozunk, melyen látható, hogy egy 23 bevezető sokágú cső egy az óramutató járásával megegyezően tekeredő csőből álló 27 spirállal van összekötve, amelyik 28 belső végénél a közvetlenül fölötte lévő spirállal van összekötve. A felső 29 spirál az óramutató járásával ellenkező irányban tekeredik és a 24 kivezető sokágú csővel van összekötve. Előnyös módon a kör kivezető részét magasabban helyezzük el, mint a bevezető részét, úgyhogy automatikusan minden levegőt eltávolítunk a csővezetékből, amikor azt töltjük, és a gázt a csővezetékben használat közben tisztán tartjuk. Ebben a körben a közegáram az alsó 27 spirálba az óramutató járásával megegyező irányban lép be, körbefolyik a 27 spirál 28 belső végéhez, majd felemelkedik a felső 29 spirálba és továbbfolyik az óramutató járásának megfelelő irányban, miközben kifelé halad a 24 kivezető sokágú cső felé.

A 9. ábrán mutatunk be egy előnyös kiviteli változatot nagy átmérőjű elemekre. Ebben az esetben a 27, 29 spirálokat két részre vágjuk, amikor eltávolítjuk az 1 forgóasztalról, a vágást kb. a 27, 29 spirálban lévő cső hosszúságának a felénél készítjük. Ebben az esetben az egyes 27, 29 spirálok 27’ és 29’ külső részeit úgy kötjük össze, ahogy az a 8. ábrán látható, de a 27” és 29” belső részeket összekötjük, hogy lehetővé tegyük az áramlást az ellenkező irányban. Vagyis az áram a 23 bevezető sokágú csőből belép a felső réteg belső 30 spiráljának külső élébe, az óramutató járásával ellentétes irányban körülmegy a 27 spirál 31 belső végéhez, majd lefelé az alsó 27 spirál 32 belső végéhez és az óramutató járásával ellentétes irányban kifelé a belső rész 33 külső végéhez, ahonnan közvetlenül visszatér a 24 kivezető sokágú csőhöz. Ennek az elrendezésnek az az előnye, hogy az egyes körök hosszúságának csökkentésével megakadályozzuk a nem kívánatos (például 60-70 kPa-nál nagyobb) nyomáscsökkenések kialakulását

A szerelvény sugárirányban külső végénél elhelyezett sokágú csövek több párhuzamos körrel van összekötve, ennek következtében nem lehetséges az, hogy a szerelvényt szárazra szivattyúzzuk vagy fuvassuk ki, mivel amint az első néhány kört kiürítenénk, azok azonnal egy átmenő járatot képeznének bármilyen alkalmazott nyomás számára. Ennélfogva egy kiszivatytyúzási lehetőséget biztosítunk, mely alapvetően egy 34 álló csövet foglal magába, mely össze van kötve a 23 bevezető, sokágú cső alsó végével, éspedig egy 35 visszacsapó szelepen keresztül, mint az a 10. ábrán látható. Ez lehetővé teszi, hogy egy külső, a 34 álló csövön keresztül csatlakoztatott szivattyú segítségével ürítsük ki az elemet.

Látható, hogy a 23 bevezető- és 24 kivezető sokágú csövek nagyon bonyolult szerkezeti elemek, melyeknek több 36 csővége van, amelyek a 3 csővezeték hossza mentén össze vannak kötve. A 3 csővezetékek készülhetnek vörösréz csőből, a 36 csővégek pedig tipikusan sárgarézből. Egy másik lehetőség az, hogy a 23 bevezető- és 24 kivezető sokágú csöveket műanyagból alakítjuk ki. A 36 csővégek üreges csövekből állnak, amelyek tömlő-rögzítő 37 horogszakállakkal vannak ellátva, a 37 horogszakállak a külső felület egyik végénél körkörösen vannak elhelyezve, ezáltal a 36 csővégek alkalmasak arra, hogy a 3 csővezetékkel összekapcsoljuk. A 36 csővégek el vannak látva továbbá egy 38 vállal vagy karimával a 36 csővég másik végénél, ezáltal a 36 csővég alkalmas arra, hogy egy betolható elem formájában beleillesszük egy üregbe, mely a 23 bevezető, illetve 24 kivezető sokágú cső falára feküdjön fel. Ezután a 36 csővégeket hozzáforrasztjuk vagy hegesztjük, vagy más módon összekapcsoljuk a 23 bevezető vagy 24 kivezető sokágú csővel. A 36 csővégek el vannak látva egy 39 belső membránnal vagy falzáró elemmel.

A gyakorlatban a 36 csővégeket a 23 bevezető sokágú csőhöz, illetve 24 kivezető sokágú csőhöz hozzáhegesztik, majd ezután a 23 bevezető sokágú csövet és a 24 kivezető sokágú csövet nyomáspróbával vizsgálják, hogy ellenőrizzék a hegesztés minőségét. Erre azért van szükség, mert a már összeszerelt vagy részben összeszerelt elemeknek a szétszedése és szétszerelése hatalmas összegeket emészt fel, ha a szivárgás megszüntetése miatt erre szükség van. Ha az összes hegesztés megfelelőnek bizonyul, a szomszédos 36 csővégek 39 belső membránjait kihúzzák, és a spirál párok 3 csővezetékeit összekötik a szomszédos 36 csővégekkel. Az összeköttetéseket ezután szivárgásvizsgálat céljából nyomáspróbának teszik ki, és így tovább.

Egy hőcserélő elem befogadására alkalmas tartályt a 12. ábrára való hivatkozással ismertetünk a továbbiakban.

Egy 40 hőcserélő tartály tartalmaz egy belső üveg5

HU 207 814 Β szálas 41 tartályt és egy külső üvegszálas 42 tartályt, melyek felülnézetben előnyösen kör alakúak. Ezek a 41 és 42 tartályok előnyösen két féldarabból készülnek oly módon, hogy a falaik lényegében függőlegesek és párhuzamosak lehetnek, és a féldarabokat ismert módon üvegszálas összeerősítéssel lehet egymáshoz kapcsolni. .

A külső 42 tartály közepén egy 43 tartály van bemélyesztve a 42 tartály belseje felé. Egy habosított poliuretán habból készült, korong formájú 44 lemeztányér van behelyezve a külső 42 tartály aljába, mely a bemélyedés falaiból nyúlik ld. Egy 45 vízzáró betétekből álló tömb van behelyezve a bemélyedésbe, A belső 41 tartályt ezután behelyezzük a külső 42 tartályba.

Ezután 46 poliuretán habot nyomunk a belső 41 tartály és a külső 42 tartály falai között lévő üregbe.

A belső 41 tartály külső falait ezután C-alakú keresztmetszetű 47 erősítő szalagokkal fogjuk körül annak érdekében, hogy megakadályozzuk a 41 tartály deformálódását, amikor a 46 poliuretán habot benyomatjuk a falak között lévő üregbe. Egy 48 tömítőgyűrű zárja le a belső 41 tartály és a külső 42 tartály között lévő üreg tetejét.

Ilyen módon egy merev hőszigetelt 40 hőcserélő tartályt alakítottunk ki, mely alkalmas arra, hogy vízzel vagy'más nehéz folyadékkal töltsük meg.

Előnyösen négy darab fémből készült kapocs van hozzáerősítve a külső 42 tartály 49 belső oldalához és 50 külső oldalához, ahol a falak érintkeznek a 42 tartály fenekével. A belső és külső kapcsokat egymáshoz csavarozzuk a 42 tartály falán keresztül, mégpedig 51 fejescsavarok és 52 csavaranyák segítségével. Az 51' fejescsavarok lehetővé teszik egy 53 kampó számára,' hogy azt a 42 tartály külső oldalához oly módon erősítsük hozzá, hogy a 42 tartályt egy daruval fel tudjuk emelni, vagy pedig lehetővé teszik, hogy egy 54 kerékszerelvényt erősítsünk hozzá a 42 tartály külsejéhez, melynek segítségével azt el lehet tolni. Az 54 kerékszerelvény 55 kerekei előnyösen egy 56 menetes tagra vannak felszerelve, mely keresztülnyúlik egy 57 perselyen oly módon, hogy az 55 kerekeket le lehet hajtani, hogy a földdel érintkezzen, miután az 54 kerékszerelvényt összekapcsoltuk a tartállyal. Ezek a szállítás céljára szolgáló és a 42 tartályhoz rögzített szerelvények azért szükségesek, mivel egy komplett hőcserélő üres állapotban akár 1700 kg vagy nagyobb tömegű is lehet.

A belső 41 tartályt előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy annak tengelyével koncentrikusan egy üvegszálból készült 58 borda helyezkedjék el, és amelyre egy 59 O-gyűrűt lehet beágyazni elegendő mennyiségű szilikon vagy más megfelelő tömítő, nem keményedő anyag alkalmazásával. Ezután egy 60 lyukat lehet befumi a 41 tartály fenekének közepén keresztül, egy hőcserélő elemet lehet ezután felemelni és besüllyeszteni a 41 tartályba, és egy 18,375 mm-es (3/4 hüvelykes) acél 61 fejescsavart lehet keresztüldugni a 60 lyukon és belecsavami a 19 csavaranyába, mely a 14 szerelvénybe van beszerelve az elem fenekénél, és a 61 fejescsavart ott meg lehet szorítani. Ilyen módon a 61 fejescsavar szilárdan rögzített helyzetben tartja az elemet a 42 tartály fenekénél. Az 59 O-gyűrű a 14 szerelvény 15 középső korongját tömíti és megakadályozza a fázisváltoztató közeg kiszivárgását a 60 lyukon keresztül. Egy nehéz galvanizált acél 62 tányért lehet behelyezni a külső tartály fenekébe, mellyel a 42 tartály szilárdságát lehet növelni.

A 42 tartály tetejére egy hasonló szerkezeti felépítésű fedőt lehet rakni annak érdekében, hogy a hőcserélő kész legyen.

A tapasztalatok azt mutatták, hogy minél nagyobb a hőcserélő, annál gazdaságosabban lehet előállítani és használni. Ebből következően kívánatos nagyméretű, mondjuk 3 m átmérőjű és 3 m magas hőcserélőket készíteni. Egy ilyen hőcserélő hőtároló kapacitása meghaladhatja a 4320 MJ-t.

Ha a hőcserélőt a kívánt helyére beállítottuk, akkor fel kell szerelni a használathoz. Ez a művelet előnyösen magába foglalja a 41 tartálynak fázisváltoztató közeggel való óvatos feltöltését és az elemeknek ezzel egyidejűleg történő fel töltését hőcserélő folyadékkal. Azonban azt tapasztaltuk, hogy a megfelelő felszerelési előírásokat gyakran nem tartják be, és a 41 tartályt például tűzoltó tömlővel töltik fel vízzel, kis mértékű felügyelet mellett vagy akár felügyelet nélkül. Ha az elem csöveit nem a 41 tartállyal egyidejűleg töltjük fel, az elemekre felhajtóerő hat és azok úszó mozgást akarnak végezni, és a felhajtóerő néhány ezer N is lehet, ezért van szükség a 18,375 mm-es acél 61 fejescsavarra. Ha a hőcserélőt teljesen felszereltük és feltöltöttük, a fázisváltoztató közeg sűrűsége kb. megegyezik a 3 csővezeték és a hőcserélő folyadék együttes sűrűségével, úgyhogy az elemre csak egy kis értékű felfelé vagy lefelé ható erő hat. A hőcserélő elem új jellemzője, hogy a spirálok függőleges irányú elmozdulását nem akadályozza semmi más, csak a felül lévő 14 szerelvény és a 23 bevezető sokágú csőhöz, valamint a 24 kivezető sokágú csőhöz való csatlakozások. Tehát van ugyan valamennyi további elmozdulást gátló mechanikai kapcsolódás a spirálpárok egymással való összekapcsolódásából eredően, mely spirálpárok képezik az egyes köröket, de általában véve a 27, 29 spirálok szabadon tudnak lebegni és megtalálhatják a saját szintjüket a fázisváltoztató közegben.

A fázisváltoztató közeg előnyösen egy vizes alapú sóoldat, melynek sűrűsége a víz sűrűségének 1-szerese és 2-szerese között van. A hőcserélő folyadék előnyösen glikol/víz oldat.

Annak érdekében, hogy hideg tárolására is alkalmas legyen, hideg hőcserélő közeget pumpálunk be a 23 bevezető sokágú csövön keresztül. A eljárás kezdetekor az összes érzékelhető hőt elvonjuk az elem körül lévő fázisváltoztató közegből, és lehűtjük azt annak fagyponti hőmérsékletére. A további lehűtés hatására jégdarabkák jönnek létre a 27, 29 spirálok körül, és ott jön először létre jég, ahol a csövek a legközelebb vannak a 23 bevezető sokágú csövekhez.

Azonban maguk a csövek is bizonyos mértékig hőszigetelő tulajdonságúak, és az állandó vízszintes irányú térközök következtében a jég lényegében egyidejűleg alakul ki az elemben mindenhol. Amint jég képződik az elem egy csövének külső felületén, az

HU 207 814 Β szigeteli ezt a csövet és lelassítja a további jég képződését azon a csövön, ezáltal biztosítja az egyenletes jégképződést az elemben mindenhol. A jégképződés a 27,29 spirálok körül vizet von el, és ennek következtében azokat a 27,29 spirálokat, amelyek a fölöttük vagy alattuk lévőhöz közel vannak, onnan eltolja, tehát a fagyasztás! eljárás automatikusan szabályozza az elemben a 27, 29 spirálok függőleges elhelyezkedését és állandó szétválasztást tart fenn közöttük. A jégnek a kiterjedése szabályozott módon történik, lényegében függőleges irányban és nem vízszintesen, ennek következtében a 41,42 tartály falaira nem hat további nyomás, következésképpen a 41, 42 tartály falát merev anyagból lehet készíteni.

Ha az elem körül lévő fázisváltoztató közeg teljesen megfagyott, akkor még mindig van két folyadéktartomány: az elem közepénél a hengeres oszlop és az elem külső része körül lévő, az elem és a 41 tartály falai között lévő víz hengeres teste. Ha a 41 tartályt azon pont alá hűtjük, ahol az elemet körülvevő összes fázisváltoztató közeg megfagy, a maradék érzékelhető hőt a folyékony fázisváltoztató közeg középső oszlopából vonjuk ki, és a további hűtés ezt az oszlopot fagyasztja meg. Ez alulról felfelé fagy meg és látható, hogy egy túltöltött 41 tartályban egy domb jön létre a jég felszínén a középső tartományban, ahol nincsenek csövek.

A középső oszlop megfagyása ideális feltételeket nyújt a valódi jégképződési feltételek pontos meghatározására, és ilyen módon a valós zárófeltételeket könnyen ki lehet választani.

A fentiekben ismertetett hőtárolási kapacitást változtathatóvá lehet tenni a kívánalmaktól fíigggően, ha több vagy kevesebb csövet alkalmazunk az elemben. Ezt úgy érhetjük el, hogy egyszerűen csökkentjük vagy növeljük a függőleges körök számát, vagy pedig változtatjuk a vízszintes térközöket és különböző térközökkel bemélyített 7 távtartó rudakat használunk. Ezt könnyen megtehetjük, mivel a 7 távtartó rudakat bemélyedések nélkül lehet előállítani, és a 8 bemélyítéseket egy későbbi időpontban lehet kilyukasztani.

Bizonyos alkalmazások esetében szükség lehet arra, hogy egy kiegészítő tekercset építsünk be azért, hogy biztosítsuk a jég nagyon gyors kialakulását vagy felolvasztását. Ezt a tekercset előnyös módon spirál formájában vagy sorban elrendezett függőleges csövek alakjában az elem üres magja belsejében lehet elhelyezni, feltéve, hogy az nem tölti ki a magot teljesen. Tipikusan egy négy vagy öt darabból álló, kb. 25 mm külső átmérőjű csősorozatot lehet elhelyezni az elem tengelyének közelében, mely a legtöbb esetben elegendő.

Kifejlesztés alatt áll néhány új, nem vizes fázis változtató közeg, és ezek közül némelyik a fázisát a folyékony és a szilárd halmazállapot között nagyon nagy hőmérsékleten változtatja. Ez azt jelentheti, hogy még meghibásodás esetében is szilárd marad a fázisváltoztató közeg és ebben az esetben szükségessé válik, hogy valamilyen fűtőelemet iktassunk be az elem külseje vagy a tartály oldalai körül, hogy ezzel biztosítsuk azt, hogy a fázisváltoztató közeg szilárd tömegét fel tudjuk szabadítani.

Belátható, hogy a találmányt számos különböző módon lehet másképp használni, mint ahogy azt a bemutatott kiviteli alakokkal kapcsolatban leírtuk. Különösen fontos felfigyelni arra, hogy az elemet és a hőcserélőt az említett anyagokon kívül számos más anyagból is elő lehet állítani, és meg kell említenünk még azt is, hogy az elemek és a hőcserélő elrendezése igen különböző módokon változhat a találmány oltalmi körén belül.

Nevezetesen azt kívánjuk megjegyezni, hogy semmi oka sincs annak, hogy miért ne lehetne a tekercseket belülről kifelé tekercselni; továbbá az említett 11 reteszelő rúdon és 7 távtartó rúdon kívül számos más elrendezést lehet távolságtartásra vagy reteszelésre használni; éspedig a távtartó rudakat nem kell feltétlenül sugárirányban elrendezni, hanem el lehet rendezni rácsozat formájában vagy az átlók mentén. Csak egyetlen 23 bevezető sokágú csövet és egyetlen 24 kivezető sokágú csövet említettünk, de természetesen többet is el lehet rendezni az elem éle körül, vagy pedig bármilyen más megfelelő helyen. Az elemet mint egészet a bemutatottól eltérő kialakítású kalickába is be lehet helyezni. Az elemet a hőcserélő tartályban sok más módon is lehet rögzíteni azonkívül, mint amit mi előnyös kiviteli változatként ismertettünk. A tartályt számos különböző más módon is ki lehet alakítani, eltérően attól, mint amit ismertettünk. A hőcserélőkhöz nem szükséges merev tartályokat használni, és a tartályok falainak sem kell párhuzamosnak lenniük, mely esetben a tartályokat mind egy darabból lehet kiönteni. Semmi ok sincs arra, hogy a hőcserélő elemnek általában hengeres alakúnak kell lennie, melyben egy hengeres üres tér van, az lehet csonkakúp alakú vagy bármilyen más megfelelő formájú. A spiráloknak nem kell kör alakúaknak lenniük, hanem lehetnek természetesen oválisak, másképpen görbülök, vagy akár szögletes vonalúak, feltéve, hogy a sarkok le vannak kerekítve annak érdekében, hogy a csővezeték megtörését kiküszöböljük.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás hőcserélők előállítására, melynek során deformálható műanyag csőből legalább két darab spirál alakú hőcserélő elemet alakítunk ki és helyezünk egymás fölé, a hőcserélő elemek egyik végét bevezető sokágú csővel, másik végét pedig kivezető sokágú csővel kötjük össze, azzal jellemezve, hogy a csővezetékeket (3) azok megszilárdulása előtt tekercseljük fel folyamatos spirál (27) alakjában, melyek lényegében síkokban helyezkednek el; és a csővezetékek (3) által képezett spirálokat (27) legalább egy távtartó rúd (7) hossza mentén rögzítjük és a spirálokban (27) a csővezetékek (3) elhelyezkedését fenntartjuk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a csővezetéket (3) polietilén pelletekből extrudálással állítjuk elő.

HU 207 814 Β
3. A 2. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a csővezetéket (3) egy forgóasztalra (1) tekercseljük, míg annak hőmérséklete 40 és 60 °C között van.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azz.al jellemezve, hogy miután a csővezetékből (3) egy teljes spirált (27) kapcsoltunk össze egy távtartó rúddal (7), egy reteszelő rudat (11) szorítunk annak tetejéhez, és először ideiglenesen fogjuk össze a távtartó rudakat (7).
5. A4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reteszelő rudat (11) ezt követően irreverzíbilis módon kapcsoljuk össze.
6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ezt követően a spirálokat (27, 29) egy első merev tartólapot képező szerelvényre (14) helyezzük, amelynek élei mentén függőleges rudak (17) nyúlnak felfelé, és egy második merev tartólapot képező szerelvényt (26) csatlakoztatunk a függőleges rudak (17) felső végéhez.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a spirálokat (27, 29) váltakozva az óramutató járásával megegyező irányban és azzal ellenkező irányban tekercseljük, és egymás fölött párban rendezzük el azokat.
8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes spirálokból (27, 29) álló párok belső végeit (28) egymással összekötjük, az alsó spirál (27) külső végét összekötjük a bevezető sokágú csővel (23), a felső spirál (29) külső végét pedig a kivezető sokágú csővel (24).
9. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a párban lévő spirálok (27, 29) csővezetékeit azok hosszúsága mentén elvágjuk oly módon, hogy az egyes spirálok (27, 29) egy-egy belső résszel (27”, 29”), illetve külső résszel (27’, 29’) rendelkezzenek; a pár belső részeit (27”, 29”) és külső részeit (27’, 29’) egymástól különálló körökbe kötjük.
10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elemet egy tartályba helyezzük és ezután hozzáerősítjük a tartályhoz.
11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elemet a tartály fenekéhez rögzítjük.
12. Hőcserélő elem, melyben a hőcsere az elemben keringő folyadék és a tartályban lévő fázisváltoztató közeg között történik, mely az alábbi elemekből áll: több rugalmas csővezetékből, melyek lényegében síkbeli spirál formájában vannak elrendezve, az egyes spirálok lényegében vízszintesen vannak elhelyezve egymás felett, a spirálokat képező csővezeték legalább egy lényegében vízszintesen elhelyezkedő távtartó rúddal van összekapcsolva annak hossza mentén, a spirálok egyik vége egy bevezető sokágú csővel, a másik vége pedig egy kivezető sokágú csővel van összekötve, azzal jellemezve, hogy függőleges irányban a szomszédos spirálok (27, 29) rugalmas eszközzel vannak rögzítve.
13. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy az egyes spirálok (27, 29) közepénél egy üres tér (25) található, mely egy hengeres tér, amely koaxiális a spirálokkal (27, 29), és amely az elem közepénél végighúzódik.
14. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a rugalmas csővezetékek (3) anyag polietilén.
15. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a távtartó rudak (7) az egyes spirálokhoz (27, 29) képest sugárirányban nyúlnak ki.
16. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a távtartó rudak (7) hosszúságuk mentén bemélyítésekkel (8) vannak ellátva, amelyeknek mérete megegyezik a csővezetékek (3) külső átmérőjével.
17. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy az egyes távtartó rudak (7) tetejével egy-egy reteszelő rúd (11) van összekötve, melyek a csővezetékekhez (3) kapcsolódnak.
18. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a távtartó rudak (7) alsó része lefelé szélesedő formában van kialakítva.
19. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy az elem egy első merev tartólapot képező szerelvényen (14) helyezkedik el, és az első tartólapot képező szerelvény (14) széle körül függőleges rudak (17) nyúlnak felfelé és kapcsolódnak egy azok fölött elhelyezett második merev tartólapot képező szerelvénnyel (26), és azzal együtt a hajlékony csővezetékeket (3) tartalmazó merev kalickát képeznek.
20. A 12. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a spirálok (27, 29) váltakozva, az óramutató járásának irányában és azzal ellenkező irányban vannak tekercselve, és egymás fölött párokban vannak elrendezve (24).
21. A 20. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy az egyes párok belső vége (31, 32) egymással össze van kötve, az alsó spirál (27) külső vége (33) össze van kötve a bevezető sokágú csővel (23), és a felső spirál (29) külső vége pedig össze van kötve a kivezető sokágú csővel (24).
22. A 20. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy az egy párban lévő spirálok (27,29) csővezetékei (3) azok hosszúsága mentén el vannak vágva és az egyes spirálok (27,29) egy-egy belső részt (27”, 29”), illetve külső részt (27’, 29’) képeznek.
23. A 22. igénypont szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a spirálokból (27, 29) álló párok külső részeinek (27’, 29’) belső végei (31,32) egymással össze vannak kötve, az alsó spirál (27) külső részének (27’) külső vége (33) össze van kötve a bevezető sokágú csővel (23) és a felső spirál (29) külső részének (29’) pedig össze van kötve a kivezető sokágú csővel (24); a spirálokból (27, 29) álló párok belső részeinek (27”, 29”) belső végei (31, 32) egymással össze vannak kötve, és a felső spirál (29) belső részének (29”) külső vége (33) össze van kötve a bevezető sokágú csővel (23), míg az alsó spirál (27) belső részének (27”) külső vége (33) össze van kötve a kivezető sokágú csővel (24).
24. A 12-23. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy a külső rész (29’) körül elrendezett fűtőelemet tartalmaz.
25. A 12-24. igénypontok bármelyike szerinti hőcserélő elem, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy tartályt (41, 42), amelybe a hőcserélő elem bele van erősítve.