Egy jelentős magyar találmány

Élet és Tudomány – 1961. május 21.

Világszerte egyre nagyobb méreteket ölt a vízfogyasztás: például az NDK-ban öt esztendőn belül 31,5 százalékkal növekedett, s ma ott a nagyobb városokban – naponta és fejenként – 150-250 liter között ingadozik. Az ivásra, főzésre és tisztálkodásra használt víz mennyiségét is jóval meghaladja a fejlődő ipar vízigénye. Egy-egy 100 megawattos erőmű – a hagyományos hűtéshez használt víz párolgása miatt – óránként mintegy 600 ezer liter vizet “fogyaszt”. Ennyivel egy kisebb város vízszükséglete is fedezhető lenne.
“Szomjazó” civilizációnk vízigényét mindenütt nagy erővel iparkodnak kielégíteni. Mélyfúrásokkal, a mészkőhegyek mélyén rejlő karsztvizek felkutatásával új meg új víztartalékokat tárnak fel. Az épülő erőművek és ipartelepek helyének gondos kiválasztásával is igyekeznek hosszú időre elhárítani a fejlődő ipari gócpontok ilyen jellegű gondjait. A jelek szerint azonban mindez nem elegendő. Még a kedvező klímájú országokban is egy-egy szárazabb nyáron az ivóvízellátás miatt korlátozni kell az iparnak szánt vízmennyiséget. Az ipar fejlődése azonban nem egyszer megköveteli azt is, hogy értékes érclelőhelyek, kőolajforrások, szénmedencék közelében, vízben rendkívül szegény vidékeken létesítsenek erőműveket, üzemeket. A Szahara sivatagától a Kazahsztáni síkságig, Etiópia magas hegyeitől a távoli Kínáig, a világ számos helyén birkóznak ilyen feladatokkal a mérnökök.
Jelentős problémát oldott meg tehát dr. Heller László,a budapesti Műszaki Egyetem tanára és dr. Forgó László, a Hőenergiagazdasági és Tervező Vállalat főmérnöke, amikor olyan berendezést szerkesztett, amely az erőművek és más ipari üzemok működéséhez szükséges hűtést vízveszteség nélkül biztosítja.

Épülő Vasmű, épülő Heller-Forgó /1960 fotó: MTI/Bárándi István Az erőműnél a napokban befejeződtek a Heller-Forgó féle légkondenzációs hűtőtorony építési munkái. Most már a belső hűtőelemek szerelése folyik. A berendezés óriási jelentőségű az erőmű szempontjából. Nagymennyiségű vizet lehet vele megtakarítani. Mindössze egyszer kell feltölteni, s azután ugyanaz a víz kering állandóan. Ha a szerelési munkák befejeződnek, rövidesen munkába áll a Heller-Forgó féle szabadalom. Megjelent: Sztálinvárosi Hírlap – 1960. augusztus 9. Sztálinvárosban építik fel az első nagyteljesítményű hazai légkondenzátort Kína is megrendelte a Heller-Forgó féle berendezést Hazai és világviszonylatban méltán keltett feltűnést dr. Heller László műszaki egyetemi tanár, a Hőenergia Gazdasági és Tervező Vállalat főmérnökének és Forgó Lászlónak, a vállalat mérnökének találmánya, a légkondenzációs berendezés. A találmány különleges jelentősége, hogy nagymértékben megkönnyíti erőművek telepítését, mert az egyéb hűtési rendszerekkel ellentétben nem igényel hűtővizet. A berendezés első feltöltése után tehát nincs szükség póthűtővízre, a légkondenzátor zárt rendszerében ugyanis állandóan ugyanaz a víz kering. A légkondenzátor ilyen módon vízszegény helyen is módot ad erőmű építésére, de még bővizű vidékeken is gazdaságosabb lehet a vízhűtéses rendszernél, mert feleslegessé teszi költséges vízkiviteli művek építését. A rendszer gyakorlati alkalmazását a Soroksáron felépített kisteljesítményű kísérleti légkondenzátor bizonyította be. A találmányt elsőnek Anglia vásárolta meg, és megrendelte egy 120 megawatt teljesítményű erőműhöz szükséges légkondenzátor hűtőelemeit, amelyeket már gyárt a Jászberényi Fémnyomó és Lemezárugyár. Hasonló teljesítményű berendezés tervezését megrendelte a Német Demokratikus Köztársaság is. Anglián kívül egy nyugatnémet cég szintén szabadalmi szerződést kötött a találmányra. Dr. Heller László nemrég Kínában és a Szovjetunióban tartott előadásokat a találmányról. A Kínai Népköztársaság a Komplex Külkereskedelmi Vállalat útján ugyancsak megrendelte a Heller-Forgó-féle berendezést egy Peking közelében felépítendő 128 megawattos erőműhöz, az egész erőmű részbeni terveivel együtt. Közben elkészültek az első, most már nem kísérleti jellegű, nagyobb teljesítményű hazai légkondenzátor tervei is. Ezt a berendezést Sztálinvárosban építik fel, ahol ugyan a Dunából elegendő hűtővíz nyerhető, de csak nagy költséggel, mivel az erőmű szintje 70 méterrel magasabb, mint a folyamé. A sztálinvárosi légkondenzátort előreláthatólag a jövő év végén helyezik üzembe. Üzembehelyezésével nemcsak olcsón növelik az erőmű kapacitását, hanem további tapasztalatokat nyújt új légkondenzáló berendezések építéséhez (MTI) Megjelent: Sztálinvárosi Hírlap – 1960. augusztus 26. Üzemel a Heller-Forgó féle légkondenzációs készülék Üzemszerűen működik a 15,5 megawattos légkondenzációs turbó generátor. Az utóbbi években közel 100 szakember járt hazánkban a baráti és a nyugati országokból, hogy tanulmányozza a Vasműben üzemelő légkondenzációs berendezést, a Heller-Forgó-féle ltűtőtorony működését. A Vasműben szerzett tapasztalatok alapján elsőnek egy angol cég vásárolta meg a magyar szabadalmat. A legutóbbi napokban ismét angol szakemberek látogattak az erőműbe, ahol személyesen győződtek meg a Heller-Forgó féle légkondenzációs berendezés kiváló működéséről. Megjelent: Dunaújvárosi Hírlap – 1960. október 10.

A természetes vízhűtéstől a “száraz” hűtőtoronyig

A hőerőművek gőzturbináiból kikerülő gőz kondenzálásához (“lecsapásához”) nagy mennyiségű hűtővíz szükséges. A hűtésre – hagyományos módon – egy közeli folyam vizét használják, majd a néhány fokkal fölmelegedett hűtővizet visszabocsátják a folyóba, hogy ott a levegővel érintkezve és párologva fokozatosan ismét lehűljön. Ahol nincs természetes vízgyűjtő, ott mesterséges úton tavat – víztárolót – létesítenek. A párolgás miatt azonban sok víz megy veszendőbe, s ezt állandóan pótolni kell.

A Sztálinvárosban épült légkondenzációs berendezés 66 méter magas “száraz hűtőtornya”

Ahol víztárolót sem építhetnek, ott – néhány évtizede – hatalmas kürtőkben, hűtőtornyokban hűtenek. Ezekben az iparvidékeken mindenfelé látható, jellegzetes alakú, 40-60 méter magas építményekben erős a léghuzat. Az esőfüggönyszerűen alápermetező vizet ez a léghuzat – a fölfelé áramló levegő – hűti. A víz persze itt is párolog: 2-2,5 százaléka gomolyog el a kürtőn keresztül. Ez nem jelentéktelen mennyiség: 100 megawattos erőműnél – mint említettük – óránként 600 ezer liter. De súlyos gondot okoznak a távozó párafellegek is. Hidegebb időben ködbe borítják a környéket, lecsapódva eljegesítik az utakat, a vasutakat és a repülőterek kifutópályáit, s megbénítják a forgalmat.
E sokféle problémát és nehézséget jól ismerve mintegy másfél évtizede fogtak kutatómunkájukhoz a magyar tudósok annak érdekében, hogy kevés vizet fogyasztó, újfajta kondenzációs berendezést szerkesszenek. Hosszas számítások és tervezőmunka után 1953-1954-ben Soroksár határában épült fel az első hűtőtorony, egyelőre kisüzemi keretek között valósítva meg az új eljárás elveit. A kedvező tapasztalatok után Sztálinvárosban és Anglia egyik ipari városában egyidejűleg kezdték meg – egy 16, illetve 120 megawattos teljesítményű gőzturbinához – a légkondenzációs berendezés építését.
A berendezés fő részei: a keverő kondenzátor és az apró bordázatú hőcserélők.
A gőzturbinát működtető gőz – munkájának elvégzése után – a kondenzátorba kerül. Ott lehűtve lecsapódik, kondenzálódik, vagyis vízzé alakul át. Ezután ismét visszakerül a gőzfejlesztő kazánba. A hagyományos kondenzátorokat sok ezer rézcső alkotja. Ezekben folyik a hűtővíz, s a csövek között bonyolódik le a kondenzálás folyamata. Minthogy a turbina hajtó gőzét vegyileg tiszta vízből kell fejleszteni, a kondenzátor csőrendszere közt áramló gőzt és a kondenzátumot (a gőzből lecsapódott vizet) a csövekben áramló hűtővíztől nagy gonddal kell elkülöníteni. A folyóból, a tárolóból vagy a hűtőtoronyból érkező s csak durván szűrt hűtővíz ugyanis szennyezett.
A Heller-féle hűtőrendszerben már nem ez a csöves “felületi” kondenzátor működik, hanem az úgynevezett keverő kondenzátor. Ebbe porlasztó fúvókákon keresztül érkezik a hűtőtoronyból a tiszta lehűlt víz, mégpedig olyan fajta vízhártya formájában, mint amilyent a kerti csőlocsolóból áramló vízsugár ölt, ha hüvelykujjunkkal “szétlapítjuk”. A vízhártya kondenzálja a turbinából érkező gőzt, s elkeveredik vele. A keverő kondenzátorban tehát hűtésre is vegyileg tiszta vizet alkalmaznak. A kondenzáláshoz szükséges tiszta hűtővizet oly módon biztosítják, hogy magából a keverő kondenzátorból vezetik a kondenzátom egy részét lehűtésre a hűtőtoronyba, illetve a hőcserélőkbe.
Nagy előnye a keverő kondenzátornak az is, hogy itt nincs szükség a régi, “felületi” kondenzátorral együtt járó hosszadalmas csőtisztításra. (Az ebben lerakódó szennyeződést ugyanis időnként el kell távolítani.)

A hűtőtorony alsó kerületén álló 10 m magas hőcserélő (22 hűtőelem egymás felett)

A hűtővíz a hűtőtorony kerületén levő apró bordázatú hőcserélőben, a hűtőelemek csőrendszerében hűl le. (Egy-egy hűtőelemben széltében 40 alumíniumcső és egymás mögött 4 vagy 6 ilyen csősor van.) A hűtőelem belső oldalának csöveiben a víz fölfelé, majd a tetején megfordulva a külső csövekben lefelé áramlik. Ily módon a fölmelegedett hűtővíz a párhuzamosan kapcsolt hűtőelemek egész során halad keresztül, s közben a fölösleges hőt a csöveken és bordákon keresztül a környező áramló levegőnek adja át. Ezzel lehetővé válik a hűtőelemek folyamatos működése.
A víz hőmennyiségét az alumínium – jó hővezető lévén – könnyen átveszi. Gondot okozott azonban, hogy miként továbbítsák a hőt a levegőnek. Ahhoz, hogy a víztől átmelegedett csőfal – kis hőmérsékletkülönbség esetén is – átadhassa hőjét a levegőnek, a levegővel érintkező felületét jelentősen (15-20-szorosan) meg kellett növelni. Ezt a feladatot a Forgó-féle hűtőelemek a csövek között húzódó finom, apró bordázatú, párhuzamos lemezek ezreivel oldják meg.

Forgó-féle apróbordás alumínium hőcserélő	A hőcserélő felület egy részlete

A lemezek jó hőátadó képességének köszönhető a berendezés sikere. Sok-sok számítással és kísérletezéssel úgy alakították ki e bordázatot, hogy a lemezek a légáramlásra merőlegesen keskeny csíkokra oszlanak. Ez a megoldás megakadályozza a lemezek mentén keletkező úgynevezett szigetelő (lamináris) levegőhatárréteg kialakulását. (Ez a határréteg súrlódás következtében tapad a falhoz.) Így pedig a hőátadás sokkal kedvezőbb.
A 0,33 milliméteres vastagságú alumíniumlemezekből sajtolt bordákat hegesztés és forrasztás nélkül, pusztán mechanikai úton teljesen szorosan erősítik a csövekre. Ezáltal a vizet tartalmazó fémcsövek szinte közvetlenül érintkeznek a hűtőbordákkal, s akadálytalanul adhatják át nekik hőjüket.
A nagyüzemi gyártást és a hűtőtornyok építésének gazdaságosságát szolgálja az is, hogy az alumínium hűtőelemeket acélkeretbe foglalt 5 méter magas és 2,5 méter széles típusblokkonként állítják elő. A jászberényi Fémnyomó- és Lemezáru gyárban készítik az elemeket, s ezeket a világon bárhol építendő hűtőtoronyba a helyszínen egyszerűen beszerelhetik. Már több száz hűtőelemet exportáltunk a Szovjetunióba és Angliába.
Az elmondottak ismeretében most már összefoglalhatjuk, hogy miként működik a légkondenzációs berendezés, a “száraz” hűtőtorony.
A turbinából kiömlő fáradt gőzt a vele azonos tisztaságú hűtővízzel a keverő kondenzátorban “csapják le”, amelyben a szokásos módon 95-96 százalékosra tervezik a vákuumot. Eközben a hűtővíz fölmelegszik és a kondenzátummal összekeveredik, majd a kondenzátorból kilépve két irányban távozik. Egyrészt a kondenzátumszivattyú szállítja a kazán felé mint tápvizet, másrészt a sokkal nagyobbik (kb. 40-70-szeres) mennyiséget a hűtővízkeringető szivattyú egy természetes huzatú hűtőtoronynak az alsó kerülete mentén elhelyezett hőcserélőkön nyomja keresztül. (Lásd a berendezés kapcsolásának ábráját!) A hőcserélőkben a hűtővíz a hidegebb atmoszférikus levegő hatására lehűl, majd egy fojtószelepen (vagy vízturbinán) keresztül, a porlasztó fúvókákon át ismét a kondenzátorba kerül. A szükséges hűtővíz mennyisége nagyjából azonos a hagyományos hűtőtornyos hűtéshez használt vízmennyiséggel (egy 100 MW teljesítményű erőműnél kb. 12 000-15 000 m³ óránként).
Minthogy a hűtővíz teljesen zárt csőrendszerben kering, szabad levegővel nem érintkezik, tehát nem is párolog, így aztán a hűtőrendszert csak egyszer kell feltölteni, s további víz pótlására nincsen szükség. A zárt csövek a vizet a szennyeződéstől is megóvják.
A csőrendszerben – kivéve a kondenzátort és közvetlen tartozékait – az atmoszférikusnál nagyobb nyomás uralkodik. Ezáltal válik lehetővé, hogy ha valami hiba történik, lyuk támad a berendezésen, legfeljebb a hűtővíz szivároghat ki, de levegő nem kerülhet a rendszerbe, vagyis nem szennyezhet, így a hiba helyét is könnyen megtalálják. A rendszerben levő túlnyomást a hűtővízkeringető szivattyú biztosítja.

A Heller-féle légkondenzációs berendezés kapcsolási vázlata. 1. gázturbina, 2. elektromos generátor, 3. keverőkondenzátor, 4. porlasztó fúvókák, 5. fojtószelep (vagy vízturbina), 6. hűtővízszivattyú, 7. kondenzátumszivattyú, 8. elektromos hajtómotor, 9. hőcserélők, 10. hűtőtorony

A Heller-féle eljárással fölmelegedett víz hűtésére a helyi adottságoknak megfelelően magasabb vagy alacsonyabb hűtőtornyot alkalmaznak. A magasabbikban (ilyen például a 66 méteres sztálinvárosi) az erős léghuzatot a torony magassága biztosítja. Az alacsonyabb toronyban elektromos hajtású ventillátor teremti meg a szükséges légáramlást. Az előbbi esetben a beruházási költség nagyobb, az utóbbiban a ventillátor energiafelhasználása miatt az üzemeltetés költségesebb.
A magyar feltalálók “légkondenzációs berendezése” (ez a Heller-Forgó-féle eljárás hivatalos neve) jelentős esemény a technika fejlődésének útján. Minthogy csak egyszer, az első üzembehelyezés előtt kell a berendezést vízzel megtölteni, s ettől kezdve vízveszteség nélkül működik, felhasználásával erőműveket, kőolajfinomítókat és más üzemeket telepíthetnek a Föld olyan területeire is, ahol korábban – a víz hiánya miatt – az iparosodás elképzelhetetlen volt. Természetesen, olyan helyeken, ahol a kellő vízmennyiség olcsón áll rendelkezésre, a jövőben is a régifajta kondenzációs berendezéssel dolgozhatnak, mert ebben az esetben a szükséges beruházások összege kisebb.
A fejlődés iránya azonban még a vízbeli gazdag helyeken is a légkondenzációs hűtési eljárás felé halad. Az atomerőművek térhódítása ugyanis feltartóztathatatlan, márpedig ezek üzemeltetésének egyik problémája az, hogy sokkal nagyobb mennyiségű hűtővizet igényelnek. Ezenkívül az a tény, hogy a légkondenzációs eljárásnál a hűtővíz zárt rendszeren belül kering, s még a hűtőtoronyban sem érintkezik a környező levegővel, a radioaktív szennyeződésnek még a lehetőségét is kiküszöböli.

Dr. Halász Zoltán

Munkában, üzemben a hűtőtorony /1965
fotó: MTI/Szilágyi Pál

A már üzemen kívül helyezett Heller-Forgó hűtőtorony 2025-ben
fotók: Horváth Tamás

 

A bejegyzés az Arcanum Digitális Tudománytár segítségével készült.