HU225331B1 - Léghûtõ rendszer - Google Patents

Description

A találmány erőművi vagy ipari körfolyamatok léghűtő rendszerére vonatkozik. E körfolyamatokban levő gőzhalmazállapotú (többnyire vízgőz) közeg kondenzálását valósítja meg az igénypontokban leírt módon.

Számos ipari, de elsősorban a hőerőművi folyamat megvalósításához szükség van a folyamatból való környezeti hőmérsékleti szinten történő hőelvonásra többnyire e folyamat gőz-halmazállapotú munkaközegének kondenzációja céljából. A hagyományos megoldások rendkívül intenzív vízfelhasználással járnak (nedves hűtés vagy frissvíz-hűtés), amely környezetvédelmi szempontok vagy a szükséges vízmennyiség hiánya miatt számos esetben problémát jelenthet. Ennek kiküszöbölésére fejlesztették ki a különböző jól ismert és beváltnak tekinthető léghűtő rendszereket.

Az egyik legelterjedtebb léghűtő rendszer az úgynevezett direkt léghűtés. Ennél a hűtési módnál, amennyiben erőművi körfolyamatot szolgál, a gőzturbinában expandált vákuum alatti vízgőz a turbinából való kilépés után nagy átmérőjű gőzvezetéken, majd felső elosztókamrán keresztül úgynevezett gőz-levegő hőcserélőkbe kerül. A hőcserélők bordázott csöveiben áramló gőz fokozatosan kondenzálódik a hőcserélő külső, azaz bordázott oldalán áramló hűtőlevegő hatására. Mivel a kondenzáció és a hőelvonás közvetítőközeg nélkül közvetlenül valósul meg, ezt nevezzük direkt léghűtésnek. A technikailag kivitelezhető, biztonságos és szabályozható direkt léghűtés természetesen ennél sokkalta bonyolultabb folyamat. A léghűtésnél a folyamat a szokásos vízhűtéshez képest döntően szélesebb hőfoktartományban játszódik le, követve a környezeti levegő hőmérsékletében az év során bekövetkező jelentős hőmérséklet-ingadozást. Ez azzal jár, hogy gőzoldalon jelentősen eltérő kondenzátornyomás, azaz turbina-ellennyomás fog kialakulni. Ezen eltérő hőmérséklet- és nyomásviszonyok figyelembevételével szükség van a berendezésnek a gazdaságosság szempontjából optimális kiválasztására és üzemeltetésére, ugyanakkor az üzembiztonság biztosítására.

A legismertebb és leginkább beváltnak tekintett direkt léghűtés a fenti követelményeknek való megfelelést úgy valósítja meg, hogy a kondenzációt alapvetően két jól elkülöníthető szakaszra bontja. Ennek megfelelően a gőz-levegő hőcserélő is két részből áll, az úgynevezett kondenzátorrészből és az utókondenzátorból, amelyet utóhűtőnek, illetve a szakirodalomban deflegmátornak neveznek.

A gőzelosztó vezetékekből a kondenzátorrész elosztókamráin keresztül a bordázott hőcserélő csövekbe kerül a gőz. A csövek hosszanti tengelyére, tehát a gőzáramlás irányára merőlegesen áramlik a külső bordázott oldalon a hűtőlevegő. A kondenzátor a levegő irányában állhat több esősorból, de akár egyetlen elnyújtott alakú esősorból is. A csövekben a levegő hűtőhatása miatt a gőz fokozatosan kondenzálódik. A kondenzátum a gőzzel azonos irányban felülről lefele a gravitáció hatására részben a cső belső falán lefolyva, részben az áramló gőzzel együtt a csövek alsó végére helyezett kondenzátumgyűjtő és gőzátvezető kamrába kerül. Innen a kondenzátum az egyes hőcserélő kötegekből a kondenzvízvezetékbe jut. A le nem kondenzálódott maradék gőz (a kezdeti mennyiség 30-15 százaléka) és a gőzben nemkívánatos módon, de jelen levő nem kondenzálódó gázok, túlnyomórészt a vákuum alatti rendszerbe a tömítetlenségek mentén betörő levegői egy újabb hőcserélő szakaszba, az úgynevezett utóhűtőnek vagy deflegmátornak nevezett részbe kerül.

A kondenzáció mértékében és ezzel együtt a nem kondenzálódó gázok koncentrációjában az egyes csőszakaszokon jelentős eltérések alakulnak ki mind időben, mind térben. Az időbeni változást a külső levegő hőmérsékletének változása, a gőzoldali terhelés változása, illetve a légforgalom indukálhatja. A térbeli változást a hőcserélő csövek elhelyezkedése, illetve pozíciója szabja meg. Jelentős eltérések alakulhatnak ki az egyes csövek között a hűtőlevegő áramlására merőleges síkban az egyenlőtlen gőz, illetve levegőeloszlás miatt. További egyenlőtlenség mutatkozik a levegőáramlás irányában is, mivel a hűtőlevegő fokozatosan felmelegszik és ezért egyre kevesebb gőzt képes kondenzálni. Ez a hatás nemcsak az áramlás irányát tekintve többsoros kondenzátoroknál, hanem a hosszanti irányban elnyújtott, úgynevezett „1 soros” kondenzátorcsöveknél is fellép (bár kisebb mértékben). A nem kondenzálódó gázok a hőcserélő egyes szakaszaiban besűrűsödhetnek, úgynevezett légdugókat alakíthatnak ki, megszüntetve a gőzáramlást és ezáltal kiiktatva az adott hőcserélő csőszakaszt a hatásos hűtésből. Ez a teljesítménycsökkenés mellett, fagypont alatti hőmérsékletviszonyoknál a hőcserélő elfagyását és ezáltal jelentős üzemzavart okozhat. A direkt léghűtés ezen problémái a vonatkozó műszaki közleményekből ismeretesek. (PL. Kroger, D. G., Air Cooled Heat Exchangers and Cooling Towers, 8. fejezet, 8.2. rész, TECPRESS, 1998).

Az egyenlőtlen kondenzációból adódó problémát ismert módon mérsékeli a leghasználatosabb direkt léghűtő rendszer egy deflegmátor elnevezésű, lényegében utókondenzátor-szerű funkciót ellátó hőcserélő szakasz beiktatásával. A méretezési állapot által indokolthoz képest általában jelentősen nagyobb gőzmennyiség kerül átvezetésre a kondenzátorszakaszból a deflegmátornak nevezett részbe az egyenlőtlenségek kiküszöbölésére való törekvés miatt. A deflegmátorrész hasonló hőcserélőtípust alkalmaz, mint a kondenzációs szakasz, azzal a lényeges különbséggel, hogy a gőz bevezetése nem felülről, hanem egy alsó elosztókamrán keresztül történik, amelyből a gőz a hőcserélő csövekben felfele áramlik, miközben a kondenzátum pedig vele ellentétes irányban a gravitáció hatására kerül a gőzelosztó és kondenzátumgyűjtő alsó kamrába. A kondenzációs szakasznál ismertetett, egyenlőtlenséget okozó körülmények itt is jelentkeznek. Ennek a szakasznak egyik tipikus problémája a gőzoldali túlterhelésből adódhat, amely feltartóztathatja a gőzáramlással ellentétes irányban a gravitáció hatására lefelé áramló kondenzátumot (hold-up) vízdugót kialakítva és ezáltal kiiktatva a hőcseréből a cső maradék szakaszát. Ez a teljesítménycsökkenésen túlmenően egyéb üzemeltetési problémákat is okozhat, ideértve hideg

HU 225 331 Β1 időben az elfagyást problémákat. Ennek megfelelően a deflegmátorrészt jelentősen túl kell méretezni. A meglévő egyik legkorszerűbb direkt léghűtő rendszer problémáit elemzi Goldschagg, Η. B. ismertetése (Lessons leamt from the world's largest force draft direct cooling condenser, paper presented at the EPRI Int. Symp. on Improoved Technology fór Fossil Power Plants, Washington, March 1993.)

A gőzben nemkívánatos módon, de jelen levő nem kondenzálódó gázokat, túlnyomórészt levegőt, a vákuum alatti térből ki kell szivattyúzni. A szivattyúzási munkát csökkenti, ha az elszívás olyan helyről történik, ahol a gázok részaránya a gőz-gáz keverékben a legnagyobb. A deflegmátor fölső kamrájába érkező gőz már tíz-ötven százalékos nem kondenzálódó gáz részarányt tartalmaz, így ez a gőz-gáz keverék már alkalmas az ismert ejektorokkal történő elszívásra. A deflegmátorszakaszban az alacsony gőzáramlásl sebesség miatt viszonylag kisebb belső hőátadási tényező érhető el. Ezt jelentősen tovább rontja a nem kondenzálódó gázok növekvő parciális nyomása miatt a kondenzáció helyett fokozódó szerepet kapó konvektív hőátadás. A hőátadási tényező mellett további jelentős teljesítménycsökkenést okoz a nem kondenzálódó gázok növekvő parciális nyomása miatt csökkenő gőztelítési nyomás, illetve hőmérséklet és az ennek megfelelően egyre kisebb logaritmikus hőmérséklet-különbség. A növekvő „aláhűlés” további forrása lehet egy esetleges elfagyásnak. Ezt a veszélyhelyzetet ismerteti a POWER folyóirat 1994. januári számában közzétett elemzés (Swanekamp, R: Profit from latest experience with air-cooled condensers).

Egy további, a direkt léghűtésnél fellépő jelenség a kondenzáció folyamán a kondenzátor, illetve deflegmátor hőcserélő csöveiben áramló gőz (illetve gőz-gáz keverék) nyomásesése, amely természetesen függ az áramlási útvonal hosszától is. Ez a súrlódásból adódó nyomásveszteség ugyancsak csökkenti a hűtőközeg (levegő) és a hűtött közeg (gőz) közötti, a hőátadás szempontjából hajtóerőként működő logaritmikus hőmérséklet-különbséget. Ugyanakkor a nagy fajtérfogat miatt egy adott méretű direkt légkondenzátornál a csökkenő külső levegő-hőmérsékletnél beállhat egy olyan állapot, amikor a növekvő áramlási veszteségek miatt a hűtőlevegő hőmérsékletének a csökkenése már nem eredményez további hűtőteljesítmény-javulást (ezt nevezik az angol szakirodalomban chokingnak). A kondenzátor és a deflegmátor hőcserélő szakaszok csőhossza egy közepes vagy annál nagyobb erőművi hűtés esetén egyformán 10-10 méter, tehát az együttes csőhosszt a deflegmátorszakasz megduplázza.

A mind a kondenzátorban, mind a deflegmátorban fellépő egyenlőtlenségek, üzembiztonsági problémák és szabályozási nehézségek lényegében magából az úgynevezett direkt kondenzáció fényéből adódnak. A hűtőrendszer egészében, egy kiterjedtnek mondható térben, a csövek belsejében bekövetkező kondenzáció szabja meg a csőbe áramló gőz, illetve gőz-nem kondenzálódó gáz keverék mennyiségét és fordítva, a közegáramlást csökkentő, esetleg blokkoló akadályok lecsökkentik, illetve megszüntetik a kondenzációt. A kondenzálódóközeg-oldalon a kényszeráramlás hiánya nehezíti a folyamat szabályozását, mert beavatkozást csak a hőcsere külső oldalán, a hűtőlevegő-oldalon lehet eszközölni. Ez magyarázza, hogy direkt légkondenzátor csak ventilátoros kivitelben készült mind ez idáig. Itt a hűtőlevegő kényszeráramoltatása legalább lehetőséget ad a légárammal való szabályozásra. A természetes huzatú, direkt légkondenzátor esetén mindkét közegoldalon (gőz és hűtőlevegő) „természetes”, azaz maga a folyamat által befolyásolt áramlás van, így a folyamat közel szabályozhatatlan - ez magyarázza, hogy természetes huzatú direkt léghűtő rendszert még soha nem építettek.

Léteznek további direkt léghűtőrendszer-megoldások is, amelyeknél a deflegmátorszakasz nem egy különálló hőcserélő kötegben van elhelyezve, hanem a levegő áramlási irányába eső több esősor valamelyike van deflegmátornak kialakítva, vagy egy úgynevezett „kváziegycsöves” rendszernél az egy csövön belül egy elválasztófallal leválasztott rész szolgál deflegmátorként. Ezen esetekben az egyes csövek közötti egyenlőtlenség tovább növekszik, és a folyamat egészének szabályozhatósága még nehezebbé válik, mint a korábbiakban ismertetett, elkülönített kondenzátor-deflegmátor hőcserélő kötegek alkalmazása esetén. Mindez nem változtat azon, hogy az ismert és működőképes direkt léghűtéses technikai megoldásoknál szükség van egy kondenzációs részre és az ezt követő úgynevezett deflegmátorszakaszra (amely egyébként egy hasonló direkt gőz-levegő hőcserélő, amelyben a kondenzáció folyamata folytatódik).

Megállapítható, hogy a direkt léghűtés legkevésbé hatékony, tehát relatíve legköltségesebb része a deflegmátor, amelyre ugyanakkor az elfogadható üzembiztonság és szabályozhatóság miatt van szükség.

Említést kell még tenni olyan törekvésekről, amely a léghűtés teljesítményét, főleg csúcsteljesítményként, fokozza a léghűtés bordázott csöveinek hűtő felületére vízpermetezéssel, vagy folyamatos vízfilm kialakításával. Ilyen ismertetést mutat be az előzőekben már hivatkozott Swanekamp közlemény (POWER, 1994. június).

A találmány célja egy olyan léghűtő rendszer kialakítása, amely az ismert direkt léghűtő megoldásokhoz képest, megjavítja ezek költséghatékonyságát, egyúttal lényegesen növeli üzembiztonságukat, ideértve a működés rugalmasságát, és lehetővé teszi extrém üzemeltetési körülmények esetén is a szabályozhatóságukat, továbbá az üzem Indulásakor az Indítás biztonságát növeli.

A találmány szerinti léghűtő rendszer tartalmaz gőz-halmazállapotú közeg közvetlen környezeti levegővel történő részleges kondenzálására alkalmas kívül bordázott csövekből álló gőz-levegő hőcserélőt, amely egy felül elhelyezett elosztókamrából kapja a gőzt és egy alsó kamrában végződik, amely összegyűjti a lekondenzálódott gőznek megfelelő mennyiségű kondenzátumot és a még nem kondenzálódott gőzt, rendelkezik legalább egy keverőkondenzátorral, amelyben

HU 225 331 Β1 a gőz-levegő hőcserélő alsó gyűjtőkamrájából érkező még le nem kondenzált maradék gőz kondenzálódik víz-levegő hőcserélőben lehűtött és fúvókákon befecskendezett hűtővíz hatására; ugyanakkor a fent nevezett keverőkondenzátor teréből történik a nem kondenzálódó gázok elvezetése egy célszerűen kialakított tálcás vagy töltettel rendelkező utóhűtőn keresztül.

A bordázott hőcserélő csövek hűtését ventilátorokkal, vagy természetes huzatot adó hűtőtornyokkal áramoltatott hűtőlevegő szolgáltatja. A közös ventilátorral áramoltatott hűtőlevegőhöz tartozó hőcserélő köteget cellának és a cellák sorozatát „bay”-nek szokás nevezni.

A bordázott csövek, mint az ismert direkt léghűtő rendszereknél itt is egy, a csőköteg végén elhelyezett alsó gőz- és kondenzátumgyűjtő kamrához csatlakoznak. A léghűtő rendszer gőz-levegő hűtéses szegmensében még nem kondenzálódott maradék gőz kondenzációja egy vagy több keverőkondenzátorban történik a víz-levegő hőcserélőben lehűtött hűtővízzel; a keverőkondenzátor vagy keverőkondenzátorok a víz-levegő hőcserélővel, vagy hőcserélőkkel sorba kapcsoltak és egymáshoz közvetlenül kapcsoltak. A kondenzátum a gravitáció hatására a kondenzátumgyűjtő vezetékbe kerül.

A keverőkondenzátorba bevezetett gőz a kondenzátor fúvókéin keresztül befecskendezett, a víz-levegő hőcserélőben lehűtött hűtővíz sugarain kondenzálódik és a felmelegedett hűtővízzel együtt a keverőkondenzátor tárolórészébe kerül. A nem kondenzálódó gázok elszívása is a keverőkondenzátor-térből történik.

A kitűzött célt tehát a találmány szerinti hűtőrendszer úgy valósítja meg, hogy kiiktatja az ismert megoldásoknál alkalmazott és a korábbi leírásban részletezett legkevésbé hatékony deflegmátorrészt és azt egy hatékonyabb, könnyebben szabályozható, egyben üzembiztosabb megoldással, a találmány szerinti léghűtő rendszer víz-levegő hűtési szegmensével helyettesíti. így a maradék gőz kondenzációja egy a deflegmátornál döntően kisebb térben, egy kompakt keverőkondenzátorban valósul meg, amely a deflegmátorhoz képest a nem kondenzálódó gázok elszívásához is közel ideális körülményeket biztosít. A környezeti hőelvonás az említett kényszeráramlású víz-levegő hőcserélőben történik, amelybe a vízáramhoz képest csak elhanyagolható nem kondenzálódó gáz kerülhet. Ezáltal a hőcserélőben részben a kényszeráramlás, részben a nem kondenzálódó gázok hiánya miatt a deflegmátorhoz képest egy lényegesen hatékonyabb, jobban szabályozható, az üzemeltetési körülményekre kevésbé érzékeny hőcsere valósítható meg. Ugyanakkor a találmány szerinti hűtőrendszer is megtartja a hatékonyabbnak nevezhető kondenzációs szakaszt. Ez természetesen nem mechanikusan az eddig alkalmazott deflegmátorrész helyettesítését jelenti, hanem a kondenzációs rész és a deflegmátort helyettesítő megoldás részarányának az adott alkalmazáshoz igazodó, optimalizált felosztását kívánja meg. Az alkalmazási körülményektől függően a kondenzációs szakasz akár 30-40 százalékra szűkülhet, de ugyanakkor akár meghaladhatja a „kondenzátor-deflegmátor” megoldásban szereplő részarányát is.

Az a megoldás, hogy a találmány szerinti léghűtő rendszernél a kondenzátorszakaszban nem kondenzálódott gőz közvetlenül a keverőkondenzátor limitált kiterjedésű, kompakt gőzterébe kerül, elhagyhatóvá teszi az ismert technikánál használt újabb gőzelosztó rendszert. Hasonlóan nincs szükség a gőz, illetve a kondenzáció következtében fokozódó mértékben nem kondenzálódó gázokat tartalmazó gőz hosszú, limitált átmérőjű hőcserélő csövekben való további áramoltatására. Mindez lényegesen csökkenti a gőzoldali nyomásesést és az ezzel járó hőmérséklet-csökkenést. A gőz és nem kondenzálódó gáz keveréke helyett a víz-levegő hőcserélőben víz szerepel, mint hűtendő közeg. Ez a kényszeráramlásnak megfelelően teljesen egyenletes közegeloszlást tesz lehetővé a hőcserélő csövek belső oldalán. Elkerülhető a korábbi megoldásnál a levegő parciális nyomásnövekedése miatt fellépő egyre nagyobb aláhűlés is. A cső belső oldali hőátadási tényezője is lényegesen kedvezőbb lesz, mint a nagy nemkondenzálódógáz-tartalmú gőz kondenzációja esetén. Mindez összességében hatékonyabb, kisebb felületű, tehát olcsóbb hőcserélőt eredményez. Az aláhűlés csökkenése miatt valamivel javul az erőművi körfolyamat hatásfoka is. Mivel a nem kondenzálódó gázok elszívása jóval kedvezőbb körülmények között egy egységes térből, a keverőkondenzátorból történik, az elszívandó mennyiség jelentősen csökken, ami kisebb ejektorok alkalmazását és kevesebb segédenergia-felhasználást tesz lehetővé. A deflegmátorszakasz kiiktatása azt is segíti, hogy alacsonyabb külsőlevegő-hőmérsékleteknél a hűtőrendszeri „choking” elkerülésével jobb vákuumot lehessen biztosítani, azaz valamivel nagyobb turbinateljesítményt elérni. Igen lényeges további eredmény a gőz és nem kondenzálódó gázok keverékét kondenzáló felületi hőcserélő szakasz elhagyása révén a különböző problematikus üzemállapotok (eltérő mértékű gázdugók vagy éppen a „feltartás, azaz hold-up” következtében vízdugók kialakulása) elkerülése. Ez elkerülhetővé tesz számos üzemzavart, biztonságosabb és jobban szabályozható működést tesz lehetővé.

Nagyobb léghűtő rendszereknél a turbinából érkező expandált gőz több egymással párhuzamosan kapcsolt gőz-levegő hőcserélőbe, azaz kondenzátorba kerül. Ilyen esetekben nem csupán egy keverőkondenzátor alkalmazható a maradék gőz kondenzálására, hanem akár a gőz-levegő kondenzátor hőcserélő kötegelnek mindegyikéhez csatolható közvetlenül egy-egy külön, de vízoldalon összeköthető keverőkondenzátor a gőzutak lerövidítésére.

A bordázott hőcserélő csövekből álló gőz-levegő és víz-levegő hőcserélő kötegek nemcsak egymástól elkülönített cellákban helyezhetők el, hanem egymással kombinálva ugyanazon cellában is (tehát közös ventilátorral rendelkeznek). Az egyes gőz-levegő hőcserélő kötegek célszerűen itt is közvetlenül kapcsolódnak egy-egy különálló keverőkondenzátor-térhez.

A léghűtő rendszer két, gőzoldalon sorba kapcsolt szakaszából a „hátulsó” deflegmátorszakasz helyettesítése az itt bemutatott, jobban szabályozható megol4

HU 225 331 Β1 dással segíti az egész folyamat szabályozhatóságát. (gy a találmány szerinti megoldásnál a hűtőlevegő áramlását biztosító ventilátorok helyett természetes huzatot indukáló torony is alkalmazható az üzembiztonság veszélyeztetése nélkül (ami a tisztán direkt léghűtésű kondenzátoroknál nem volt lehetséges, mint azt az ismert technika kapcsán bemutattuk).

A találmány egy további változatánál a keverőkondenzátorba nemcsak a gőz-levegő hőcserélőben le nem kondenzált maradék gőz juttatható el, hanem gőz direktben is az expandált főgőzvezetékből vagy annak valamely leágazásából a gőz-levegő kondenzátort megkerülő, szeleppel ellátott ágon is. Ez megkönnyíti a rendszer szabályozását és az üzemi követelményekhez igazodó leghatékonyabb üzemelési mód választását a gőz-levegő hőcserélő, illetve a víz-levegő hőcserélő közötti optimális terhelésmegosztás révén. Alacsonyabb külső hőmérsékleteknél a bypassvezeték nyitása és ez által a terhelésnek a keverőkondenzátor, valamint víz-levegő hőcserélő felé való eltolása a „choking” jelenség fellépését még alacsonyabb turbina-ellennyomások felé tolja el, és ezáltal hozzájárulhat az erőmű további teljesítményjavulásához.

A találmány szerinti léghűtő rendszer teljesítményének csúcsidőnkénti növelése érhető el, ha a víz-levegő hőcserélőt alkotó bordázott hőcserélő csövek hűtőlevegő-áramlásának kitett felületét vízpermetezéssel nedvesítjük, vagy azon folyamatos adagolással vízfilmet hozunk létre. Ekkor az említett bypassvezeték szelepének nyitásával a hőelvonás részben átterhelhető a gőz-levegő hőcserélő szegmensről a nedvesített víz-levegő hőcserélő szegmensre, ami fokozza a hűtőrendszer összteljesítményét és ezáltal az erőmű teljesítményét.

A gőzoldali bypassvezetékhez esetleg célszerű társítani a bypassvezeték leágazása utáni főgőzvezeték-szakaszon egy gőzelzáró szerkezet beépítését. Ismert ugyanis, hogy a direkt léghűtő rendszereket alkalmazó erőművek fagypont alatti hőmérsékleteknél való indításakor a direkt léghűtéses kondenzátorba csak egy minimum gőzmennyiség (5-10%) elérését követően engedhető gőz a fagyveszély elkerülése miatt. E határérték eléréséig a gőzt a szabadba kell fújni. A találmány szerinti megoldás az indítási folyamatot már nulla gőzmennyiségnél lehetővé teszi. A gőz bypassvezeték-szelepének nyitása és a főgőzvezeték szelepének elzárása az indítási folyamatot a sorba kapcsolt hűtőrendszer „hátsó” (keverőkondenzátor és víz-levegő hőcserélő) szakaszán keresztül teszi lehetővé. A vízkör bypassszelepének nyitásával ugyanis lehetőség van a keverőkondenzátoron keresztül a hűtővíz felmelegítésére. Ekkor a víz-levegő hőcserélő még nincs vízzel feltöltve, így a hűtővíz-keringtető szivattyú a hőcserélőt megkerülővezetéken keresztül (az abban elhelyezett vízoldali bypassszelep nyitott állapotánál) keringteti a hűtővizet. A levegő-víz hőcserélők feltöltése az így felmelegedett hűtővízzel történik, s csak ezt követően lesznek üzembe helyezve. A gőz-levegő hőcserélő (kondenzátor) üzembe helyezésére a főgőzvezeték szelepének nyitását követően csak akkor kerül sor, ha a gőzáram már lényegesen meghaladja a biztonságos értéket.

A találmány szerinti megoldásnak egy további előnyös kiviteli alakjánál a léghűtő rendszer első szakaszában levő gőz-levegő hőcserélő (kondenzátor) alsó kondenzátum- és gőzgyűjtő kamrája olyan módon van átalakítva, hogy a kamrából a maradék gőz nem kerül átvezetésre egy különválasztott keverőkondenzátor testbe. Ehelyett az alsó gyűjtőkamra maga szolgál a keverőkondenzátor tereként azáltal, hogy a víz-levegő hőcserélőben lehűtött vizet az alsó kamrában (annak teljes hosszában vagy csak egyes szakaszaiban) elhelyezett fúvókákhoz vezetjük. Ezáltal a maradék gőz kondenzációja a kondenzátorcsövekből való kilépés közvetlen közelében az alsó gyűjtőkamrában történik. A kamra egy megfelelően kialakított, célszerűen tálcás utóhűtőt tartalmazó szegmenséből történik a nem kondenzálódó gázok elszívása. Az így kialakított kombinált feladatot (kondenzátum- és maradékgőz-gyűjtő kamra, keverőkondenzátor-tér és a nem kondenzálódó gázok elszívására alkalmas tér) ellátó kamra méretének korlátozása céljából egy vagy több helyen a keverőkondenzátor tárolórészeként szolgáló tartályt kell kialakítani a felmelegedett hűtővíz és a gőzkondenzátum számára. Ez a megoldás jelentősen lecsökkenti a maradék gőznek a kondenzációig vezető útját, csökkentve ezáltal a gőzsúrlódásból adódó nyomás- és ezáltal bekövetkező hőmérséklet-esését és az eközben esetleg fellépő egyenlőtlenségeket. Lehetőség van a gőz-levegő és a víz-levegő hőcserélőnek közös kötegekben való elhelyezésére is.

Egy újabb előnyös megoldás alakítható ki a gőz-levegő és víz-levegő hőcserélők integrálásával. Azaz nemcsak egy hőcserélő kötegen belül, hanem minden egyes hőcserélő csövön belül megtalálható a gőz-levegő hőcserét, valamint a víz-levegő hőcserét létrehozó szegmens is. Ez a levegőáramlás irányában elnyújtott alakú hőcserélő csövet, valamint egy kombinált funkciójú, több feladatot ellátó alsó kamrát igényel. Az alsó kamra összegyűjti a gőz-levegő hőcserélőből érkező kondenzátumot és maradék gőzt, valamint keverőkondenzátor-térként szolgál a maradék gőz számára. Ugyanebben a térben van elhelyezve a nem kondenzálódó gázok elszívását segítő tálcás vagy töltetes utóhűtő. Az alsó kamra egy térrésze szolgál a víz-levegő hőcserélő vízelosztó kamrájaként is és ezen keresztül történik a hűtött víznek a fúvókákhoz való vezetése is. Az integrált hőcserélő csövön belül az alsó gyűjtőkamra felől indulva egy rész, célszerűen a hűtőlevegő belépési oldala felé eső rész, a levegő áramlási irányára merőleges síkban oldalfallal le van határolva a cső maradék részétől úgy, hogy alkalmas legyen a víz-levegő hőcserélő csőszegmens kialakítására. Ugyancsak célszerűen e szegmens a hőcserélő cső hosszának egy közbenső pontján végződik, ahol a cső tengelyére merőleges síkban elhelyezett záróelemmel van lehatárolva. Az így kialakított víz-levegő hőcserélő csőszegmens egy vagy több belső elválasztóófallal további csatornákra bontható. Csak egy belső elválasztófalat alkalmazva, amely a felső záróelemet megelőzően vé5

HU 225 331 Β1 get ér, egy 2 járatú kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő alakítható ki úgy, hogy a felmelegedett hűtővíz a levegő áramlási irányát tekintve a belső csatornán áramlik felfele, majd az elválasztófal végén átfordulva a levegő belépése felé eső külső csatornán lefelé áramlik és eközben a bordázott hőcserélő felület által biztosított hűtőhatás következtében lehűl. A turbinából érkező gőz a felső gőzelosztó kamrán keresztül jut a hőcserélő cső teljes keresztmetszetén át a gőz-levegő hőcserélő csőbe. A gőz a gőz-levegő hőcsere számára fennmaradt szakaszon áramolva részben kondenzálódik, eközben nemcsak a gőzáram csökken, hanem a víz-levegő hőcserélő szegmens megjelenése miatt egy bizonyos ponttól az áramlás számára rendelkezésre álló keresztmetszet is. A kondenzátum és a maradék gőz a hőcserélő köteg előzőkben ismertetett kombinált feladatot ellátó alsó kamrájába kerül. A külső csatornaszakaszokban lehűtött hűtővíz az alsó kamrában elhelyezkedő fúvókákon keresztül van az alsó kamra keverőkondenzátor-terébe befecskendezve. Itt találkozva a teljes hosszban gőz-levegő hőcserélőként szolgáló csatornákból érkező maradék gőzzel, azok döntő részét lekondenzálja. Az alsó kamrában vagy egy azzal közlekedő térben célszerű egy ellenáramú tálcás vagy más töltettel rendelkező utóhűtő kondenzátorrészt kialakítani, amelyből az ejektorokhoz kedvező körülmények között lehet a nem kondenzálódó gázokat elvezetni.

Ennek a megoldásnak további alváltozatánál a levegőáramlás irányában elnyújtott alakú, kívül bordázott hőcserélő cső válaszfalakkal több csatornára van bontva. A turbinából érkező gőz itt is a hőcserélő cső teljes keresztmetszetében, tehát valamennyi csatornán keresztül lép be a hőcserélő csőbe. Ezen gőzkondenzációra szolgáló csatornák egy része a felső elosztókamrától végigfut az alsó gyűjtőkamráig, és abba torkollik; a gőzcsatornák egy másik része a felső gőzelosztó kamrából indulva a hőcserélő cső hosszának egy közbenső pontján véget ér. E csatornáktól a végpontjukat megelőzően az elválasztófalon keresztül egy átvezetőnyílás van kialakítva a szomszédos gőzkondenzációra szolgáló csatorna felé. Egy másik célszerű megoldásnál a gőzkondenzációra használt csatornák közötti elválasztófalakon ismétlődően lyukak, illetve nyílások vannak, amelyek révén a kondenzációra szolgáló rész kváziegycsatomássá válik (hasonlóan, mint az például a WO 98/33028 számú szabadalmi leírásban is szerepel). A többcsatornás hőcserélő cső két vagy több, de páros számú csatornája (összesen négy csatorna esetén két csatornája) az alsó végétől kiindulva egy bizonyos magasságig (célszerűen a hűtőlevegő belépés felőli oldalon) a gőztértől folyamatos fallal el van különítve és a víz-levegő hőcserélő szegmens kialakítására szolgál.

Az itt leírt megoldás és variánsai a kombinált, illetve integrált funkciók és szerkezeti egységek révén hozzájárulnak egy költséghatékonyabb és a nagyobb hosszakon történő közegátvezetések elkerülése miatt egy jobb hatásfokú folyamat létrehozásához. Mint említettük, a hőcserélőket alkotó valamennyi cső teljes csőkeresztmetszetében van megoldva a gőzbelépés.

A gőz-levegő hőcserélőnek természetesen vákuumtömörnek kell lennie. így az uniform kialakítású és a gőzlevegő szakaszokkal egy testbe integrált víz-levegő hőcserélők is kialakíthatók vákuumtömören. Ez lehetővé teszi, hogy a fölmelegedett hűtővíz visszakeringtetésére és a hőcserélő csövek közötti elosztásához szükséges nyomásnövelés csak olyan mértékű legyen, ami a kör súrlódásának legyőzéséhez szükséges, megengedve ezáltal a víz-levegő hőcserélő egyes szakaszaiban az atmoszféra alatti nyomást is. Az így kialakított hőcserélőben a kondenzáció négy szakaszban, de egyetlen hőcserélőtestben játszódik le, részben a gőz-levegő hőcserélő szakaszban, kisebb részben az egyes hőcserélő csövek gőz, illetve víz áramlására szolgáló részét elválasztó fal mentén, a lehűtött hűtővíz befecskendezésével a keverőkondenzátor-térként is szolgáló alsó gyűjtőkamrában, végül ugyanitt a légelszíváshoz vezető tálcás utóhűtő szakaszban.

További előnyös kiviteli alak valósítható meg egy az előzőhöz részben hasonló integrált hőcserélőt alkalmazó esetben, amikor az egyes csöveken belül páratlan számú, akár csupán egy csatorna van kialakítva víz-levegő hőcserélőként. Ekkor a keverőkondenzátorként is szolgáló alsó gyűjtőkamrából a fölmelegedett hűtővíz egy tárolótérbe kerül, ahonnan a szivattyú egy külső elosztó hűtővízvezetékhez szállítja. Az elosztó hűtővízvezeték célszerűen az A alakban elhelyezett hőcserélő kötegek között vezet végig, és abból a hőcserélő köteget alkotó csövek valamely közbenső szakaszán minden egyes cső a levegő áramlásirányát tekintve belépőoldal felőli csatornájához leágazások vannak kialakítva. A hűtővíz ebben a csatornaszakaszban a bevezetéstől lefele végigáramolva ismét visszahűl és megfelelő fúvókákon keresztül a keverőkondenzációs térként is szolgáló alsó gyűjtőkamrában kerül befecskendezésre.

Az integrált hőcserélő egy újabb kiviteli alakjánál a fölmelegedett hűtővízelosztás ismét az alsó gyűjtőkamrában kialakított elosztószegmens révén jön létre és innen a lehűtendő víz fölfelé áramlik egy csatornában a csatorna teljes hosszát tekintve valamely közbenső szakaszáig. A csatorna felső szakaszán kiképzett furatokon vagy fúvókákon keresztül a lehűlt hűtővíz a szomszédos csatornába kerül befecskendezésre, ahol elvégzi a kondenzátorcsatornákból az alsó gyűjtőkamrán keresztül ezen keverőtérbe feláramló maradék gőz kondenzációját. A keverőtérként szolgáló, a vízhűtő csatornával „szomszédos csatornaszakaszok mindegyikébe egy-egy, a csatorna keresztmetszeténél lényegesen kisebb keresztmetszetű cső nyúlik be annak végéig. Ezeken a csöveken keresztül történik a keverőtér felső részén besűrűsödő nem kondenzálódó gázok elszívása és az ejektorrendszer gyűjtőcsöveihez való vezetése. Ez a megoldás olyan esetekben ad kedvező eredményt, amikor a viszonyok azt indokolják, hogy a hőcserében a gőz-levegő kondenzációnak legyen domináló szerepe a víz-levegő hőcserélőhöz képest.

A találmány néhány példaképpen! előnyös kiviteli alakját ábrák segítségével mutatjuk be részletesen, ahol az

HU 225 331 Β1

1. ábra léghűtő rendszer gőz-levegő hőcserélővel, víz-levegő hőcserélővel és keverőkondenzátorral, a

2. ábra léghűtő rendszer természetes huzattal, a

3. ábra léghűtő rendszer, amelynél a keverőkondenzátor a gőz-levegő hőcserélő maradék gőze mellett a turbinában expandált gőz egy részét közvetlenül is kondenzálhatja, a

4. ábra léghűtő rendszer, amelynek alsó gyűjtőkamrája egyben keverőkondenzátorként Is szolgál, az

5a. ábra léghűtő rendszer, amelynek integrált hőcserélő csövei tartalmaznak egy gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst és egy kétjáratú kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő csőszegmenst, amely a hőcserélő cső hosszának egy közbenső pontján végződik, az

5b. ábra az 5a. ábra A-A metszete, az

5c. ábra az 5b. ábra B-B metszete, a

6a. ábra léghűtő rendszer, amelynek integrált hőcserélő csövei tartalmaznak egy elválasztófalakkal, csatornákra osztott gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst, és a cső hosszának közbenső pontján végződő csatornáin átvezetőnyllás van, továbbá tartalmaznak egy kétjáratú kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő csőszegmenst, a

6b. ábra a 6a. ábra A-A metszete, a 6c. ábra a 6b. ábra B-B metszete, a 7a. ábra léghűtő rendszer, amelynek integrált hőcserélő csövei tartalmaznak egy folyamatosan átlyuggatott elválasztófalakkal rendelkező gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst és egy kétjáratú kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő csőszegmenst, amely a cső hosszának egy közbenső pontján végződik, a

7b. ábra a 7a. ábra A-A metszete, a 7c. ábra a 7b. ábra B-B metszete, a 8a. ábra léghűtő rendszer, amelynek hőcserélő csövei tartalmaznak egy gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst és egy egyjáratú, kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő csőszegmenst, amely vízellátását az A alakban elrendezett hőcserélő kötegek között vezetett külső vízelosztó csőből kapja, a

8b. ábra a 8a. ábra B-B metszete, a

9a. ábra léghűtő rendszer, amelynek hőcserélő csövei tartalmaznak egy gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst, egy egyjáratú, kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő csőszegmenst, amely vízellátását az alsó kamrán keresztül kapja, továbbá egy a kettő között elhelyezkedő, keverőkondenzátor-térként szolgáló csőszegmenst, a

9b. ábra a 9a. ábra B-B metszete.

Az 1. ábrán bemutatott léghűtő rendszer az alkalmazott gőz-levegő, valamint vízlevegő hőcserélő egy-egy kötegét és a keverőkondenzátort mutatja, valamint ezek egymáshoz való kapcsolódását. A turbinában expandált 1 kondenzálandó gőz a 24 felső gőzelosztó kamrán keresztül kerül a 3 gőz-levegő hőcserélő kötegbe. Ennek minden egyes 2 léghűtésű kondenzátorként szolgáló bordáscsövébe (gőz-levegő hőcserélő cső) jut a 24 felső gőzelosztó kamrából a 21 kondenzálandó gőzáram. A 2 bordázott gőz-levegő hőcserélő csövön keresztüláramolva a gőz egy része kondenzálódik az 5 ventilátor (vagy más levegőmozgató eszköz) által mozgatott 4 környezeti hűtőlevegő hőelvonó hatására. A 2 gőz-levegő hőcserélő csőből kerül a kondenzált gőznek megfelelő 8 kondenzátum és a 22 maradék gőzáram az 25 alsó gyűjtőkamrába. A 23 összegyűlt maradék gőz nem további gőz-levegő hőcserélőbe jut, hogy ott lekondenzálódjon, hanem az 25 alsó gyűjtőkamrához csatlakozó igen kompakt 9 keverőkondenzátorba. A keverőkondenzátorba a 10 fúvókákon keresztül bevezetett hűtővízsugarak szolgálnak a 23 összegyűlt maradék gőz kondenzációját megvalósító felületként. A kondenzáció során fölmelegedett hűtővíz és a 9 keverőkondenzátorban kondenzált gőz keveréke a 15 tárolórészben gyűlik össze. A 9 keverőkondenzátor egy alkalmas térrészében van elhelyezve a nem kondenzálódó gázok elszívását segítő 37 tálcás vagy töltetes utóhűtő. A 11 légelszlvó vezetéken keresztül történik a 37 utóhűtőből a nem kondenzálódó gázok elszívása az ejektorok által. A 15 keverőkondenzátor tárolórészéből a kondenzálódott gőznek megfelelő vízmennyiség a 3 gőz-levegő hőcserélő 25 alsó gyűjtőkamrájából származó 8 kondenzátummal együtt egy kondenzátumvezetékbe kerül. A 9 keverőkondenzátor 15 tárolórészéből a 13 fölmelegedett hűtővízáramot a 14 hűtővíz-kiemelő és -keringtető szivattyú szállítja a 7 víz-levegő hőcserélő köteghez. A 13 fölmelegedett hűtővízáram a 7 levegő-víz hőcserélő 6 bordázott vízlevegő hőcserélő csöveiben a 5 ventilátor által mozgatott 4 hűtőlevegő hatására hűl vissza. A visszahűtés célszerűen egy 2 járatú kereszt-ellenáramú hőcserélőben történik. A 7 levegő-víz hőcserélőben visszahűtött 12 hűtővízáram a már említett 10 fúvókákon keresztül van befecskendezve a 9 keverőkondenzátor-térbe. Az (gy záruló körfolyamat szükségtelenné teszi az ismert megoldásoknál alkalmazott deflegmátort.

Az 1. ábrán bemutatott léghűtő rendszer nagyobb hőelvonást igénylő feladatoknál úgy módosul, hogy a 20 turbinából érkező 1 expandált gőzt több egymással párhuzamosan kapcsolt 3 gőz-levegő hőcserélőbe, azaz kondenzátorba kell elosztani. Ilyen esetekben nem csupán egy 9 keverőkondenzátor alkalmazható, hanem akár a 3 gőz-levegő kondenzátor hőcserélő kötegelnek mindegyikéhez csatolható közvetlenül egy-egy külön, de vízoldalon összeköthető 9 keverőkondenzátor a gőzutak lerövidítése céljából.

Az 1. ábrán a 3 gőz-levegő és 7 víz-levegő hőcserélő kötegek egymástól elkülönítve vannak ábrázolva, ennek megfelelően külön-külön 5 ventilátorral rendelkeznek. Ugyanakkor lehetőség van arra is, hogy a 3 gőz-levegő és 7 víz-levegő hőcserélő kötegek egymással kombinálva egyetlen cellában helyezkedjenek

HU 225 331 Β1 el, és ennek megfelelően közös 5 ventilátorral rendelkezzenek.

Az 1. ábrán bemutatotthoz hasonló megoldást mutat be a 2. ábra azzal a különbséggel, hogy az 1. ábrán a 4 hűtőlevegő mozgatására szolgáló 5 ventilátorokat egy 5a természetes huzatot indukáló hűtőtorony-szerkezet helyettesíti. A levegő kényszeráramoltatása helyett a természetes huzat alkalmazása azáltal válik lehetővé, hogy a közegoldalon éppen a legkritikusabb szakaszba a kényszeráramlású 7 víz-levegő hőcserélő köteg és a 9 keverőkondenzátor kerül; valamint, hogy a 23 maradék gőz kondenzációja és a nem kondenzálódó gázok elvezetése a 9 kompaktnak tekinthető keverőkondenzátor térben, illetve térből történik. Ezáltal a külső körülmények (léghőmérséklet, szélsebesség stb.) befolyása csökken, és a folyamat szabályozható marad.

A 3. ábra szerinti kiviteli alak egy olyan elrendezést mutat, amelynél a 1 kondenzálandó gőz nemcsak a 3 gőz-levegő hőcserélő kötegen keresztül a 23 maradék gőz formájában juthat el, hanem a 26 bypassgőzvezetéken, illetve az ebben elhelyezett 27 gőzszelepen keresztül közvetlenül is a 9 keverőkondenzátor-térbe vezethető. Ez lényegesen javítja a hűtőrendszer egészének szabályozhatóságát, illetve az optimális üzemmód megválasztását. Amennyiben a fő gőzelosztó vezetékben egy 28 elzárószelep is beépítésre kerül, akkor annak zárásával kedvező körülmény alakítható ki az erőművi blokk indításakor esetleg fennálló fagypont alatti hőmérsékletek esetén is a biztonságos és egyben víztakarékos hűtőrendszer indításra. Az indítás ilyen esetekben a sorba kapcsolt hűtőrendszer hátsó szakaszán, azaz a 9 keverőkondenzátoron és a 7 víz-levegő hőcserélőn keresztül történik. Az erőművi blokk indításakor még a 7 víz-levegő hőcserélők sincsenek feltöltve, és a hűtővízáram csak egy megkerülővezetéken keresztül áramlik, amíg kellő hőmérsékletre fel nem melegszik. A 7 levegő-víz hőcserélők feltöltésére és üzembe helyezésére csak ezt követően kerül sor. A 3 gőz-levegő hőcserélő pedig akkor kerül üzembe a elzárószelep nyitásával, ha a 1 gőzáram már lényegesen meghaladja az elfagyásmentes üzemhez szükséges biztonságos értéket.

Egy további előnyös kiviteli alakot mutat be a 4. ábra, amelynél a 3 gőz-levegő hőcserélő köteg alsó kondenzátum- és maradékgőz-gyűjtő kamrája egyúttal biztosítja a keverőkondenzátor kondenzációs terét is. [gy a korábbi, 1., 2. és a 3. ábrán bemutatott kiviteli megoldásokkal szemben nincs szükség egy külön 9 keverőkondenzátor-testre. Ehelyett a 12 hűtött vízáram a már említett megnagyobbított 29 alsó gyűjtőkamrába elhelyezett 10 fúvókasoron keresztül van befecskendezve. (gy a 2 gőz-levegő hőcserélő csövekből kilépő 22 maradékgőz-áramok kondenzációja és a nem kondenzálódó gázok 11 elszívása nem egyszerűen egy elválasztott, egyébként kompakt keverőkondenzátorban játszódik le, hanem minden átvezetés nélkül a 29 kombinált alsó gyűjtőkamra és keverőkondenzátor-térben - tovább csökkentve a hozzávezetések okozta veszteségeket. A 29 kamra méretének korlátozása céljából a 15 keverőkondenzátor tárolórészeként szolgáló tartályt kell kialakítani a 13 felmelegedett hűtővíz és a 8a gőzkondenzátum számára.

Az 5a., b., c., 6a., b., c. és 7a., b., c. ábra egy a funkciók integrálásának és a folyamat megvalósításának egy még magasabb szintű fokát mutatják be. E megoldások leglényegesebb jellemzője a 3 gőz-levegő és a 7 víz-levegő hőcserélők kombinálása oly módon, hogy ezek nemcsak hogy egy hőcserélő kötegen belül vannak integrálva, hanem a hőcserélő kötegeket alkotó minden egyes bordás hőcserélő csövön belül. Azaz a 40 integrált léghűtéses hőcserélő köteg minden egyes 39 integrált bordázott hőcserélő csöve rendelkezik egy 35a gőz-levegő hőcserét megvalósító csőszegmenssel és egy 35b víz-levegő hőcserét megvalósító csőszegmenssel.

Az integrációt, a gőz-levegő és víz-levegő hűtő összevonását fokozó további lényeges elem egy olyan 30 kombinált funkciójú alsó kamra, amely összegyűjti a 35a gőz-levegő szegmensből érkező 22 maradék gőzt és a 8a kondenzátumot; egyúttal keverőkondenzátor-térként szolgál azáltal, hogy a 12a lehűtött hűtővíz az itt elhelyezett 10 fúvókákon keresztül van befecskendezve; ugyanitt (vagy egy ezzel közlekedő, ehhez szorosan kapcsolódó térben) van elhelyezve a nem kondenzálódó gázok elszívását segítő 37 utóhűtő, valamint a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmens 36 hűtővízelosztó tere. A 37 utóhűtő célszerűen tálcás vagy töltettel ellátott ellenáramú hő- és anyagátadásra alkalmas készülék. Az 39 integrált hőcserélő cső mindkét szegmense azonos típusú és geometriájú hőcserélő felületből áll, ennek megfelelően a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmenshez hasonlóan a 35b víz-levegő hőcserélő szegmens is kialakítható vákuumtömör megoldásban. (gy a 13 felmelegedett hűtővíz keringtetésére szolgáló 14a szivattyú egyszerű keringtetőszivattyú lehet az úgynevezett kiemelő- és keringtetőszivattyú helyett.

A 39 integrált hőcserélő csövön belül a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmens úgy jön létre, hogy a 30 kombinált alsó kamra felől indulva egy rész - célszerűen a 4 hűtőlevegő belépési oldala felé eső rész a 4 levegő áramlási irányára merőleges síkban a 32 oldalfallal le van határolva a cső többi részétől. Ugyancsak célszerűen e 35b víz-levegő szegmens a 39 integrált hőcserélő csőhosszának egy közbenső pontján végződik, amelyet a 39 integrált hőcserélő cső tengelyére merőleges síkban elhelyezett 33 záróelem határol le felülről. Ezáltal a 24 felső gőzelosztó kamrából a 21 gőzáram valamennyi 39 integrált hőcserélő cső teljes keresztmetszetét kihasználva tud belépni a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmensbe.

A bordás hőcserélő csövek belsejében a 35a gőz-levegő hőcserélő szegmens és a 35b víz-levegő hőcserélő szegmens különálló, de integrált kialakítását előnyösen elősegítheti a bordázott hőcserélő csöveknek a hűtőlevegő áramlási irányában nyújtott kialakítása és a nyújtott keresztmetszeten belül válaszfalakkal csatornák létesítése, ahol a csatornák a hőcserélő csövet részekre bontják és a csatornákban a kiviteli pél8

HU 225 331 Β1 dáknak megfelelő funkciójuk szerint a 35a gőz-levegő hűtő szegmens gőzközegét, illetve a 35b víz-levegő hűtő szegmens hűtővízközegét vezetik.

Az 5a., b., c. és a később bemutatásra kerülő ábrák szerinti kiviteli példáknál a találmány szerinti hőcserélő csövek az előbbiekben ismertetett csatornákra vannak osztva.

Az előzőek szerint kialakított 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmens belső elválasztófalakkal további csatornákra bontható. Amennyiben a 34 belső elválasztófalak száma egy (és amely 34 elválasztófal a 33 záróelem elérése előtt véget ér) akkor egy 2 járatú kereszt-ellenáramú víz-levegő hőcserélő alakítható ki úgy, hogy a 13 felmelegedett hűtővíz a 4 levegő áramlási irányát tekintve a befelé eső csatornán áramlik felfele, majd a 34 elválasztófal vége és a 33 záróelem közötti térrészben átfordulva a levegő belépése felé eső külső csatornán áramlik lefele. Eközben a bordázott 39 integrált hőcserélő cső felülete által biztosított hűtőhatás következtében a hűtővíz lehűl.

További 34 elválasztófal elhelyezésével a víz-levegő 35b hőcserélő szegmens még több, de páros számú járatra osztható.

Az 5a., b., c. ábrán bemutatott hűtőrendszer kiviteli alakja, illetve ennek 39 integrált hőcserélő csöve az előzőkben leírtakkal összhangban tartalmazza a 33 záróelemmel és 32 oldalfallal lehatárolt 35a gőz-levegő hőcserélő szegmenst és a 35b víz-levegő hőcserélő szegmenst. A 35b víz-levegő szegmenst a 34 elválasztófal két csatornajáratra bontja. A hűtőlevegő áramlási irányát tekintve belső csatornán a hűtés alatt álló víz felfelé áramlik, a külső csatornán pedig felfelé. (Az 5c. ábrán a vízközeg vonalkázással van jelölve, az áramlás iránya jel szerint a rajz síkjához képest felfelé, „+” jel szerint a rajz síkjához képest lefelé.) A 39 integrált hőcserélő cső fennmaradó térrésze képezi a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmenst, amelyben a kondenzálódó gőz lefelé áramlik (az 5c. ábrán a gőzközeg vonalkázás nélküli csatornában, az áramlás iránya „+”, jel szerint a rajz síkjához képest lefelé). Az előzőekben elmondottak szerint a 24 gőzelosztó felső kamrából a 21 gőz a 39 integrált hőcserélő cső teljes keresztmetszetében lép be a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmensbe. A 21 gőz a teljes keresztmetszetben áramolva fokozatosan kondenzálódik, majd a 35b víz-levegő hőcserélő cső felső pontjánál (amely egybeesik a 33 záróelemmel) a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmens keresztmetszete értelemszerűen lecsökken, azonban itt már a gőz térfogatárama is lényegesen kisebb. A 35a gőz-levegő hűtő szegmensből kilépő maradék gőzt a 35b víz-levegő szegmensből vett és a 10 fúvókán a gőzbe befecskendezett hűtött víz tovább kondenzálja és mind a gőz-levegő hűtő szegmensből érkező kondenzátum, mind a befecskendezés nyomán keletkezett hűtővíz-kondenzvíz keverék a 30 keverőkondenzátorként szolgáló kombinált gyűjtőkamrához és a 15 gyűjtőtérbe érkezik. A nem kondenzálódó gázoknak a vákuum alatt álló 30 kamrából való elszívása, kiemelése a 37 utóhűtőből történik. A 30 kamrába, illetve ennek 15 gyűjtőterébe került hűtővíz és kondenzátum keverékből a hűtővíznek megfelelő mennyiséget a 14a keringtetőszivattyú szállítja a 36 elosztótérbe, ahonnan visszakerül a 35b víz-levegő hőcserélő szegmensbe.

Az 5a., b., c. ábra kapcsán ismertetett megoldásnak a 6a., b., c. ábra szerinti változatánál a 35a gőz-levegő hőcserélőt megvalósító szegmens további, a hűtőlevegő áramlási irányába eső, az irányhoz képest merőleges síkban elhelyezett 31 elválasztófalakkal párhuzamos csatornákra van osztva. A 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmensnek egyes csatornái nem futnak végig a hőcserélő cső teljes hosszán, hanem véget érnek a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmens 33 felső záróeleménél. Ezen csatornák 31 elválasztófalai végén 41 áttörések vannak. Ezek arra szolgálnak, hogy az ezen csatornákban áramló gőz, illetve kondenzátum átjuthasson a vele szomszédos csatornába.

A 7a., b., c. ábra az 5a., b., c. ábra kapcsán ismertetett kiviteli alak olyan további változatát mutatja be, amelynél a 39 integrált 35a gőz-levegő és 35b víz-levegő szegmenst tartalmazó hőcserélő cső belső tere a 4 hűtőlevegő áramlási irányában, az áramlási irányhoz képest merőleges síkban fekvő olyan 31 a válaszfalakkal van egymással párhuzamos csatornákra osztva, amelyeknél a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmens egyes csatornáit elválasztó 31a falaiban folyamatos áttörések, nyílások vannak vágva a kondenzációra szolgáló térrész kvázi egycsatornássá alakítása céljából.

A 8a., b. ábra egy olyan előnyös kiviteli alakot mutat be, amelynél az 5a., b., c., 6a., b., c. és 7a., b., c. ábrához hasonlóan a 40 hőcserélő köteg és annak minden egyes 39a hőcserélő csöve egy integrált gőzkondenzációt és vizhűtést megvalósító elem. Ugyanakkor a 13 fölmelegedett hűtővíz hozzávezetése egy az A alakban elrendezett 40 hőcserélő kötegek között e kötegek síkjával, valamint a 24 felső gőzelosztó kamra középvonalával párhuzamosan vezetett 42 hűtővízelosztó csővezetékből van betáplálva a 39a hőcserélő csövek szélső csatornájában elhelyezett 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmensbe. A hűtővíz lefele végigáramolva a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmensen visszahűl és a 10 fúvókákon keresztül a 29a kombinált alsó gyűjtőkamra és keverőkondenzátor-térbe lesz befecskendezve. Ennek megfelelően ez a megoldás a gőz-levegő és víz-levegő hőcsere közötti megosztást tekintve célszerűen egy nagyobb aránynak felel meg. Megjegyzendő, hogy a 35b vízlevegő hőcserélő csőszegmens két vagy több, de páros számú elválasztólemezzel további járatokra osztható úgy, hogy az utolsó járatban az előbb leírtakhoz hasonló módon a hűtővíz lefelé áramlik, és a csatorna végén ugyancsak a 10 fúvókákon keresztül kerül befecskendezésre a 29a kombinált alsó gyűjtőkamrába.

A 9a., b. ábra egy olyan további kiviteli alakot mutat be, amelynél az 5a., b., c., 6a., b., c., 7a., b., c. és 8a., b. ábrán bemutatott megoldáshoz hasonlóan ugyancsak egy 40 integrált gőz-levegő és víz-levegő hőcserélő köteg van alkalmazva, amely a 39b szintén integrált funkciójú hőcserélő csövekből áll. A 8a., b. ábrához

HU 225 331 Β1 hasonlóan a 39b hőcserélő csövön belül a 35b víz-levegö hőcserélő szegmens itt is csupán egy 35b vízhűtő csatornát vesz igénybe. Ez a csatorna is a 39b hőcserélő csőnek a 4 hűtőlevegő belépése felé eső szélső csatornája. Továbbá a 35b víz-levegő hőcserélő szegmens itt sem fut végig a hőcserélő cső teljes hosszán, hanem egy közbenső magasságban a 33 felső záróelemmel el van határolva a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmenstől. A 13 fölmelegedett hűtővíz hozzávezetése azonban nem egy, a hőcserélő kötegen kívüli elosztócsőből történik, hanem az 25a alsó gyűjtőkamrában kiképzett 36a vízelosztó térrész segítségével. Ellentétben a 8. ábrán bemutatott megoldással itt a hűtővíz fölfelé áramlik és a visszahűtés a 35b víz-levegő hőcserélő szegmens felső részébe érve fejeződik be. Innen a hűtött víz a 32 elválasztófalban elhelyezett 10 fúvókákon keresztül egy szomszédos 35c kombinált gőzkondenzátor- és keverőkondenzátor-teret képező hőcserélő csőszegmensbe lesz befecskendezve. A 35c kombinált gőzkondenzátor- és keverőkondenzátor-térként szolgáló szegmens felülről szintén a 33 fölső záróelemmel van határolva, míg egyik oldalról a 32 elválasztófallal van elválasztva a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmenstől, másik oldalról pedig a 43 elválasztófallal van elválasztva a 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmenstől. A 35a gőz-levegő hőcserélő csőszegmens (kondenzátorrész) teljes hosszban végigfutó csöveiből a 25a alsó gyűjtőkamrába jutó maradék gőz irányt változtatva a 35c kombinált gőzkondenzátor- és keverőkondenzátor-térként szolgáló szegmensben áramlik felfele, mígnem a 35b víz-levegő hőcserélő csőszegmensből a 10 fúvókákon keresztül befecskendezett hűtővíz hatására lekondenzálódik. A 35c kondenzációs teret képező hőcserélő csőszegmens felső szakaszában sűrűsödnek be a nem kondenzálódó gázok. Ezek elszívására a 35c kondenzációs tért képező szegmensen végigvezetett kis átmérőjű 44 légelszívó csövek szolgálnak. Ezek a 25a kombinált funkciójú alsó kamrában elhelyezett 45 légelszívó gyűjtővezetékbe torkollanak, ahonnan a 11 légelszíváson keresztül kerülnek az ejektorrendszerhez.

Összefoglalva: a találmány szerinti léghűtő rendszer, amely tartalmaz egy bordás hőcserélő csövekből álló gőz-levegő hűtőszegmenst és sorba kapcsolva egy bordás hőcserélő csövekből álló víz-levegő hűtőszegmenst jelentős előnyöket mutat a szokásos gőz-levegő hőcserélőket tartalmazó direkt léghűtéssel szemben,

- a külső körülményekhez való alkalmazkodás,

- a deflegmátorok elhagyhatósága,

- az üzemeltetés rugalmasságának és biztonságának növekedése,

- a szabályozhatóság növelése,

- a létesítés költségének csökkenthetősége következtében.

A találmány szerinti léghűtő rendszerben a gőz-levegő hűtés szegmensnek és a vízlevegő hűtés szegmensnek a bordás hőcserélő csöveikben való integrálása a felhozott előnyök további lényeges növelését eredményezi.

Claims (17)

1. Léghűtő rendszer, amely tartalmaz gőz-halmazállapotú közeg (1) közvetlen környezeti levegővel (4) történő részleges kondenzálására alkalmas kívül bordázott csövekből (2) álló gőz-levegő hőcserélőt (3), amely egy felül elhelyezett elosztókamrából (24) kapja a gőzt és egy alsó kamrában (25) végződik, amely összegyűjti a lekondenzálódott gőznek megfelelő mennyiségű kondenzátumot (8) és a még nem kondenzálódott gőzt (23), azzal jellemezve, hogy rendelkezik legalább egy keverökondenzátorral (9), amelyben a gőz-levegő hőcserélő (3) alsó gyűjtőkamrájából (25) érkező még le nem kondenzált maradék gőz (23) kondenzálódik víz-levegő hőcserélőben (7) lehűtött és fúvókákon (10) befecskendezett hűtővíz (12) hatására; ugyanakkor a fent nevezett keverőkondenzátor (9) teréből történik a nem kondenzálódó gázok (11) elvezetése egy célszerűen kialakított tálcás vagy töltettel rendelkező utóhűtőn (37) keresztül.

2. Az 1. igénypont szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a még nem kondenzálódott maradék gőz (23) kondenzációja egy vagy több keverőkondenzátorban (9) történik a víz-levegő hőcserélőben (7) lehűtött hűtővízzel (12); a keverőkondenzátor vagy keverőkondenzátorok (9) a víz-levegő hőcserélővel vagy hőcserélőkkel sorba kapcsoltak és egymáshoz közvetlenül kapcsoltak.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy gőz-levegő hőcserélőt (3) és a víz-levegő hőcserélőt (7) bordázott hőcserélő csövekből (2, 6) álló kötegek alkotják, és a kötegek a hűtőlevegő (4) áramoltatásának rendszerében cellákba vannak összefoglalva.

4. A 3. igénypont bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a gőz-levegő hőcserélő (3) köteg és a víz-levegő hőcserélő (7) köteg egymással kombinálva ugyanazon cellán belül van elhelyezve, és az előbbi közvetlenül kapcsolódik egy-egy különálló keverőkondenzátor-térhez (9).

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a gőz-levegő hőcserélőt (3) és a víz-levegő hőcserélőt (7) alkotó bordázott hőcserélő csövek (2) és (6) külső oldalán a hűtőlevegő (4) áramoltatása vagy ventilátorral (5), vagy természetes huzatot indukáló toronyszerkezettel (5a) történik.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a keverőkondenzátorban vagy keverőkondenzátorokban (9) gőz-levegő hőcserélőt (3) követően az alsó gyűjtőkamrából (25) érkező maradék gőzáramon (23) kívül a turbinában (20) expandált gőzáram (1) egy része közvetlenül is kondenzálható egy célszerűen kialakított bypassvezeték (26) szelepének (27) nyitásával.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a gőz-levegő hőcserélő (3) egy olyan megnagyobbított, keverőkondenzátorként is működő alsó gyüjtökamrával (29) van felszerelve, amelyben a víz-levegő hőcserélőben (7) lehűtött hűtővíz (12) befecskendezésére alkalmas fúvókák (10)

HU 225 331 Β1 vannak folyamatosan vagy szakaszosan elhelyezve, ami által a maradék gőz (22) kondenzálása közvetlenül a hőcserélő csövekből (2) kilépést követően történik, ennek megfelelően a nem kondenzálódó gázok elszívása (11) is a megnagyobbított és kombinált alsó gyűjtőkamra—keverőkondenzátor-térből (29) történik.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a gőz-levegő hőcserélővel (3) sorba kapcsolt víz-levegő hőcserélő (7) felületét a léghűtő rendszer teljesítményének csúcsidőnkénti növelésére a hűtőlevegőbe (4) permetezett vízzel nedvesítjük, vagy azon folyamatos adagolással vízfilmet hozunk létre.

9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy olyan léghűtéses hőcserélőt (40) tartalmaz, amelynek integrált bordázott hőcserélő csövei (39) rendelkeznek egy gőz-levegő hőcserét megvalósító szegmenssel (35a) és egy víz-levegő hőcserét megvalósító szegmenssel (35b) csatlakozva közvetlenül egy-egy keverőkondenzátorként működő térhez (30).

10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a gőz-levegő hőcserélő szegmenst és a víz-levegő hőcserélő szegmenst alkotó integrált hőcserélő csöveket (39) a hűtőlevegő áramlási irányában nyújtott, csatornarészekre osztott bordázott csövek alkotják.

11. A 9-10. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy az integrált bordás hőcserélő csövekben (39) elhelyezkedő víz-levegő hőcserét megvalósító szegmens (35b) a kombinált alsó gyűjtőkamra-keverőkondenzátor-tértől (30) indulva hosszának egy részében csatornákra osztott integrált bordás hőcserélő cső (39) hosszának csak egy közbenső magassági pontjáig terjed, ahol a szegmens (35b) egy a hőcserélő cső tengelyére merőleges síkban elhelyezett záróelemmel (33) le van határolva, és a hütőlevegő áramlásának irányábani kiterjedése is csak egy részét foglalja el az integrált bordás hőcserélő cső (39) teljes szélességi méretének, ahol is a külső levegő áramlási irányára merőleges síkban elhelyezett elválasztólemezzel (32) van elhatárolva, ami által a gőz-levegő hőcserélőt megvalósító szegmensbe (35a) a kondenzálandó gőz (21) az integrált bordás hőcserélő cső (39) teljes keresztmetszetében lép be, míg egy közbenső pontjától csak a keresztmetszet egy részén áramlik a kombinált alsó gyűjtőkamra-keverőkondenzátor- (30) tér felé.

12. A 9-11. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy a víz-levegő hőcserélő szegmens (35b) az integrált bordás hőcserélő csőben (39) egy elválasztófallal (34) két járatra van bontva úgy, hogy a víz-levegő hőcserélő szegmensbe (35b) belépő hűtővíz a belső járaton áramlik fölfelé, és a külső járaton, azaz a hűtőlevegő (4) belépése felőli oldalon áramlik lefelé; további elválasztófal (34) elhelyezésével a víz-levegő hőcserélő csőszegmens (35b) még több, de páros számú járatra osztható.

13. A 9-12. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy egy kombinált funkciójú, keverőkondenzátorként működő alsó kamrával (30) rendelkezik, amelyben az integrált bordás hőcserélő csövek (39) gőz-levegő szegmenséből (35a) érkező maradék gőz (22) a víz-levegő szegmensből (35b) érkező és az alsó kamrában (30) elhelyezett fúvókákon (10) keresztül befecskendezett hűtővíz (12a) hatására lekondenzálódik; ugyanezen alsó kamrában (30) van elhelyezve a nem kondenzálódó gázok elszívását segítő utóhűtő (37), valamint a víz-levegő hőcserélő szegmens (35b) hűtővízelosztó tere (36).

14. A 9-10. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy az integrált bordás hőcserélő cső (39) belső tere a hűtőlevegő (4) áramlási irányában arra merőleges síkban fekvő válaszfalakkal (31) egymással párhuzamos csatornákra van osztva, és a gőz-levegő hőcserélő szegmens (35a) közbülső ponton végződő csatornáinak a végén a válaszfalakon egy-egy nyílás van kivágva (41), amelyen a gőz és a kondenzátum szabadon átáramolhat a hőcserélő cső (39) teljes hosszán végigfutó csatornáiba.

15. A 9-10. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy az integrált bordás hőcserélő cső (39) belső tere a hűtőlevegő áramlási irányában, arra merőleges síkban fekvő olyan válaszfalakkal (31) van egymással párhuzamos csatornákra osztva, amelyeknek a gőz-levegő hőcserélő csőszegmens (35a) egyes csatornáit elválasztó falaiban folyamatosan áttörések, nyílások vannak vágva.

16. A 9-10. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy külső hűtővízelosztó vezetékkel (42) rendelkezik, amely az A alakban elrendezett integrált bordás hőcserélő csövekből (39a) kialakított kötegek (40) között a gőzelosztó kamra (24) középvonalával párhuzamosan fut végig, és amelyből a keverőkondenzátorként működő térben (29a) felmelegedett hűtővíz az integrált hőcserélő csövek (39a) levegőáramlás felé eső víz-levegő hőcserélő szegmens (35b) felső részébe van bevezetve, ahonnan a víz lefelé áramolva lehűl, és a szegmens végén elhelyezett fúvókákon (10) keresztül van befecskendezve a kombinált gyűjtőkamra-keverőkondenzátor-térbe (29a).

17. A 9-10. igénypontok bármelyike szerinti léghűtő rendszer, azzal jellemezve, hogy az integrált bordás hőcserélőcső (39b) három, határolófalakkal elkülönített szegmenssel rendelkezik: a gőz-levegő hőcserélő csőszegmenssel (35a); a víz-levegő hőcserélő csőszegmenssel (35b), amelyből a hűtővíz a kombinált funkciójú alsó gyűjtő-elosztó kamra (25a) vízelosztó kamrarészéből (36a) fölfelé áramolva a víz-levegő hőcserélő csőszegmens (35b) végén elhelyezett fúvókákon (10) keresztül van befecskendezve egy vele szomszédos, keverőkondenzátor-térként szolgáló harmadik hőcserélő csőszegmensbe (35c); és a keverőkondenzátorként szolgáló szegmenssel (35c), melybe felső végpontjától a szegmens teljes hosszában végignyúló, a kombinált alsókamrába (25a) vezetett vékony nem kondenzálódó gázokat elszívó cső (44) van elhelyezve.