PL245845B1

PL245845B1 - Mikrokanałowy wymiennik płytowy o zredukowanej masie czynnika chłodniczego

Info

Publication number: PL245845B1
Application number: PL439957A
Authority: PL
Inventors: Paweł Obstawski; Krzysztof Górnicki; Andrzej Bryś; Monika Janaszek-Mańkowska; Radosław Winiczenko; Bartosz Nowacki
Original assignee: Nowacki Bartosz Przed Produkcyjno Handlowo Uslugowe Rebano Renata Bartosz Nowacki; Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego W Warszawie
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2024-10-21
Also published as: PL439957A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mikrokanałowy wymiennik płytowy zawierający kolejno połączone ze sobą płyty takie jak płyta czołowa, co najmniej jedna płyta główna (2), płyta końcowa oraz płyta zamykająca, przy czym w górnej i dolnej części płyty czołowej zamocowane są po dwa króćce przyłączeniowe, natomiast w górnej i dolnej części płyty głównej (2) wykonane są po dwa otwory, a w górnej i dolnej części płyty końcowej wykonane są po dwa otwory, przy czym wokół co najmniej dwóch otworów w płycie głównej (2) i w płycie końcowej zamocowane są kołnierze, a w co najmniej dwóch otworach w płycie końcowej zamocowana jest zaślepka, natomiast wewnątrz płyty głównej (2) i płyty końcowej naprzemiennie wykonane są mikrokanały i rowki wodne, zaś mikrokanały połączone są ze szczeliną pomocą wypustów (18) wykonanych w rozdzielaczu (20), a do płyty głównej (2) i płyty końcowej obwodowo zamocowane są kołnierze dystansujące.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mikrokanałowy wymiennik płytowy, który znajduje zastosowanie w sprężarkowych układach chłodniczych jako parownik lub skraplacz. Wynalazek dotyczy dziedziny chłodnictwa.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP3786566 A1 znana jest mikrokanałowa płaska rurka i mikrokanałowy wymiennik ciepła. Mikrokanałowy wymiennik ciepła zawiera wiele płaskich mikrokanałowych rurek, pierwszą rurę zbiorczą, drugą rurę zbiorczą i żebrowania, płaską rurkę mikrokanałową zawierającą płaski korpus rurki i rząd kanałów. Każdy z kanałów przyjmuje kształt prostokąta z zaokrąglonymi narożnikami. Mikrokanałowe płaskie rurki usytuowane są równolegle względem siebie, przy czym przekrój każdego kanału w wymienniku ciepła zmniejsza się w ustalonym kierunku, poprawiając wydajność wymiany ciepła trzeciego kanału.

Z chińskiego patentu CN110631386 B znany jest mikrokanałowy płytowo-żebrowy wymiennik ciepła. Płytowo-żebrowy wymiennik ciepła składa się głównie z górnych płyt żebrowych, dolnych płyt żebrowych, listew uszczelniających i żebrowań, przy czym mikrokanaliki są tworzone przez montaż i łączenie szczelin pomiędzy obrobionymi i uformowanymi płytami górnego żebra, dolnymi płytami żebrowymi, paskami uszczelniającymi i żebrami. Średnica kanałów płytowo-żebrowego wymiennika ciepła sięga 0,01-1 mm.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP3244156 A1 znany jest wymiennik ciepła zawierający co najmniej jedną płaską rurkę, dzięki której możliwy jest przepływ mieszaniny czynnika chłodniczego zawierającej HFO1123, R32 i HFO1234yf jako nośnik ciepła. Płaska rura zawiera wiele ścieżek przepływu czynnika grzewczego. Każda z wielu ścieżek przepływu ma prostokątny kształt o zaokrąglonych narożach w przekroju poprzecznym, przy czym kształt ten jest zdefiniowany przez parę przeciwległych względem siebie podłużnych segmentów, parę bocznych segmentów naprzeciw siebie oraz cztery zaokrąglone narożniki, przy czym każdy z zaokrąglonych rogów stanowi odcinek obwodu koła. Para podłużnych odcinków linii przecina się z parą bocznych odcinków linii w zaokrąglonych rogach. Kształt zaokrąglonego prostokąta jest skonfigurowany tak, aby spełniał wymagania 0,005 r/d = 0,8; gdzie r jest promieniem okręgu, d jest odległością między parą przeciwległych względem siebie odcinków linii podłużnej.

W dotychczasowym stanie techniki znanych jest wiele rodzajów mikrokanałowych wymienników ciepła o kształcie płytowym. Wymienniki te dedykowane są jak skraplacze lub parowniki do urządzeń chłodniczych różnego typu, zapewniając efektywną wymianę ciepła między czynnikiem chłodniczym, a powietrzem bądź cieczą będącą medium w zależności od układu pracy dostarczającym lub odbierającym energię od czynnika chłodniczego. Obecnie ze względu na istotny szkodliwy wpływ na środowisko fluorowcopochodnych czynników chłodniczych, co raz bardziej popularne staje się wykorzystywanie w chłodnictwie naturalnych czynników termodynamicznych takich jak propan R290 bądź izobutan R600a. Niestety zarówno propan jak i izobutan stanowią grupę związków zaliczanych do węglowodorów, które są skrajnie łatwopalne, dlatego też duża masa tego typu czynników chłodniczych w układzie chłodniczym stwarza znacznie większe zagrożenie zapłonem lub wybuchem w przypadku rozszczelnienia układu chłodniczego bądź przerwania jego ciągłości na którymkolwiek poziomie. Redukcja masy ww. naturalnego czynnika termodynamicznego przy dużej objętości wewnętrznej strony gazowej wymienników ciepła stosowanych powszechnie do fluorowcopochodnych czynników chłodniczych powoduje, że proces wymiany ciepła staje się znacznie mniej efektywny, co wiąże się bezpośrednio z niską efektywnością procesu technologicznego, w którym wymiennik ciepła został wykorzystany. Znane w stanie techniki mikrokanałowe wymienniki ciepła bardzo często wymagają przeprowadzenia skomplikowanych i kosztownych procesów technologicznych w celu wytworzenia takich wymienników. Wielokrotnie skomplikowana konstrukcja mikrokanałowego wymiennika ciepła uniemożliwia podjęcie dalszych kroków w celu komercjalizacji i umożliwienia ogólnego dostępu do takich wymienników. Obecnie na rynku urządzenia chłodnicze bazujące na płytowych wymiennikach ciepła znajdują szerokie zastosowanie wszędzie tam gdzie proces technologiczny generuje konieczność wytworzenia znacznej ilości niskotemperaturowego ciepła odpadowego, którego poziom temperaturowy może być zwiększony, a wytworzone w ten sposób ciepło temperaturowe może być powtórnie użyte w procesie technologicznym. Takie procesy technologiczne występują w kluczowych gałęziach przemysłu takich jak przemysł spożywczy, chemiczny, motoryzacyjny, energetyczny.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji mikrokanałowego płytowego wymiennika ciepła umożliwiającej redukcję masy ekologicznego czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym przy zapewnieniu wysokiej efektywności procesu wymiany ciepła między czynnikiem chłodniczym, a medium roboczym, a tym samym przy zapewnieniu wysokiej wydajności wymiennika ciepła. Uzyskanie wysokiej wydajności wymiany ciepła przy zredukowanej masie czynnika chłodniczego umożliwia redukcję powierzchni wymiany ciepła wymiennika, co w rezultacie przekłada się na mniejsze gabaryty wymiennika, a tym samym redukcję masy samego wymiennika i kosztów jego wytworzenia z uwagi na mniejsze zużycie materiałów.

Nieoczekiwanie wszystkie wyżej wskazane problemy techniczne zostały rozwiązane dzięki niniejszemu wynalazkowi.

Przedmiotem wynalazku jest mikrokana łowy wymiennik płytowy charakteryzujący się tym, że zawiera kolejno połączone ze sobą: płytę czołową, co najmniej jedna płytę główną stanowiącą płytę mikrokanalikową, płytę końcową stanowiącą płytę mikrokanalikową oraz płytę zamykającą, przy czym w górnej części płyty czołowej zamocowane są dwa króćce przyłączeniowe, a kolejne dwa króćce przyłączeniowe zamocowane są w dolnej części płyty czołowej, natomiast w górnej części płyty głównej wykonane są dwa otwory, a dwa kolejne otwory wykonane są w dolnej części płyty głównej, a w górnej części płyty końcowej wykonane są dwa otwory, zaś dwa kolejne otwory wykonane są w dolnej części płyty końcowej, przy czym wokół co najmniej dwóch otworów w płycie głównej i w płycie końcowej zamocowane są kołnierze, a w co najmniej dwóch otworach w płycie końcowej zamocowana jest zaślepka, natomiast wewnątrz płyty głównej i płyty końcowej naprzemiennie wykonane są mikrokanały i rowki wodne, zaś mikrokanały połączone są ze szczeliną za pomocą wypustów wykonanych w rozdzielaczu, przy czym szczeliny wykonane są w co najmniej dwóch otworach w płycie głównej i w płycie końcowej, a do płyty głównej i płyty końcowej obwodowo zamocowane są kołnierze dystansujące.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że zawiera nie więcej niż 100 płyt głównych.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, górnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, dolnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, górnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, dolnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, górnym narożu płyty głównej wykonany jest pierwszy otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, dolnym narożu płyty głównej wykonany jest drugi otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, górnym narożu płyty głównej wykonany jest trzeci otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, dolnym narożu płyty głównej wykonany jest czwarty otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, górnym narożu płyty końcowej wykonany jest pierwszy otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w lewym, dolnym narożu płyty końcowej wykonany jest drugi otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, górnym narożu płyty końcowej wykonany jest trzeci otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że w prawym, dolnym narożu płyty końcowej wykonany jest czwarty otwór.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że kołnierze zamocowane są wokół otworów w płycie głównej i w płycie końcowej.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że otwory w płycie głównej i w płycie końcowej dopasowane są do rozmieszczania króćców przyłączeniowych w płycie czołowej.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że szczelina wykonana jest wewnątrz pierwszego otworu i drugiego otworu w płycie głównej i w płycie końcowej.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że szczelina jest wykonana do wysokości równej połowie otworu.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że zaślepka w płycie końcowej zamocowana jest w pierwszym otworze i drugim otworze.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że kształt przekroju poprzecznego mikrokanałów stanowi prostokąt.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że stosunek długości boków wewnętrznych prostokąta wynosi a/b=1,35 ± 0,2.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że prostokąt posiada wymiary wewnętrzne 1,34 x 1,0 mm.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że płyty połączone są ze sobą za pomocą lutu twardego wykonanego spoiną o zawartości srebra > 45%.

Korzystnie, wymiennik charakteryzuje się tym, że dystans pomiędzy połączonymi ze sobą płytami wynosi 1 mm.

Mikrokanałowy wymiennik płytowy składa się z czterech podstawowych elementów: płyty czołowej, płyty końcowej, płyty głównej oraz płyty zamykającej. W płycie czołowej o grubości 1 mm znajdują się cztery króćce przyłączeniowe umożliwiające podłączenie strony pierwotnej i wtórnej wymiennika do układu wodnego (solankowego) i gazowego. Zgodnie z wynalazkiem stronę pierwotną stanowi układ wodny (solankowy), natomiast stronę wtórną stanowi układ gazowy. Niezależnie od pełnionej przez wymiennik funkcji w układzie chłodniczym (skraplacz lub parownik), układ wodny (solankowy) należy podłączyć do króćców przyłączeniowych o średnicy DN 28 mm (fig. 2), przy czym zasilanie strony wodnej (solankowej) wymiennika powinno być zrealizowane za pomocą króćca przyłączeniowego o średnicy DN 28 mm umieszczonego w prawym górnym rogu płyty czołowej (fig. 2), a zasilanie obiegu wodnego (solankowego) odbiornika ciepła powinno być zrealizowane za pomocą króćca przyłączeniowego o średnicy DN 28 mm umieszczonego w prawym dolnym rogu płyty czołowej (fig. 2). Niezależnie od pełnionej przez wymiennik funkcji w układzie chłodniczym (skraplacz lub parownik) wymiennik pracuje w przeciwprądowym układzie wymiany ciepła. Z tego też względu stronę gazową (czynnik chłodniczy) należy podłączyć do króćców przyłączeniowych o średnicy DN 22 (fig. 2), przy czym zasilanie strony gazowej (czynnik chłodniczy) wymiennika powinno być zrealizowane za pomocą króćca przyłączeniowego o średnicy DN 22 mm umieszczonego w lewym dolnym rogu płyty czołowej (fig. 2), a zasilanie układu chłodniczego z wymiennika (zasilenie odbiornika) powinno być zrealizowane za pomocą króćca przyłączeniowego o średnicy DN 22 mm umieszczonego w lewym górnym rogu płyty czołowej (fig. 2). Połączenie poszczególnych króćców strony gazowej wymiennika z obiegiem chłodniczym należy dokonywać za pomocą lutowania twardego spoiwem o zawartości srebra > 45%. Podłączenie strony wodnej (solankowej) wymiennika można dokonać za pomocą połączenia rozłącznego - tzw. połączenie półśrubowe mm lub za pomocą lutu twardego spoiwem o zawartości srebra > 45%. Płyta główna oraz płyta końcowa wymiennika, które charakteryzują się zwartą budową, pełnią funkcję separatora między stroną wodną, a gazową wymiennika. Płyta głó wna i płyta końcowa wymiennika charakteryzują się tym, że wewnątrz tych płyt znajdują się mikrokanały o przekroju prostokątnym i wymiarach wewnętrznych 1,34 x 1,0 mm, przy czym wymiary wewnętrzne prostokąta mogą być odmienne od wskazanych, przy jednoczesnym zachowaniu stosunku długości boków wynoszącym a/b=1,35 ± 0,2, gdzie a - oznacza długość, b - oznacza szerokość. Przez mikrokanały przepływa ekologiczny czynnik chłodniczy. Wymiana ciepła między stroną wodną, a stroną gazową wymiennika zachodzi poprzez ściankę mikrokanału znajdującego się w płycie głównej i płycie końcowej wymiennika. Poszczególne mikrokanały obmywane są przez medium robocze np. wodę lub roztwór glikolu propylenowego (solankę) płynącego między płytami - po stronie wodnej wymiennika, który w przypadku zastosowania wymiennika jako parownik dostarcza ciepło niezbędne do zmiany stanu skupienia czynnika chłodniczego z pary mokrej, na parę przegrzaną, a w przypadku zastosowania wymiennika jako skraplacza, odbiera ciepło od czynnika chłodniczego. W celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła w płycie głównej jak i w płycie końcowej znajdują się tzw. rowki wodne, którymi płynie medium robocze. W płycie głównej znajdują się cztery otwory, dwa otwory o średnicy DN 28 mm oraz dwa otwory o średnicy DN 22 mm. Otwory o średnicy DN 28 mm umożliwiają przepływ wody (solanki) po obu stronach płyty głównej i w przypadku rozbudowy wymiennika o kolejne płyty główne, umożliwiają przepływ wody (solanki) w celu odbioru lub dostarczania ciepła do kolejnych płyt wymiennika. Otwory o średnicy DN 22 mm w których znajduje się szczelina umożliwiają przepływ czynnika chłodniczego przez mikrokanały znajdujące się w płycie głównej, lub w przypadku rozbudowy wymiennika o kolejne płyty główne, umożliwiają przepływ czynnika chł odniczego do mikrokanałów znajdujących się w pozostałych płytach. Separacja strony gazowej od strony wodnej wymiennika realizowana jest za pomocą kołnierza znajdujących się wokół otworów gazowych w płycie głównej o średnicy DN 22 mm. Zasilenie mikrokanałów znajdujących się w płycie głównej odbywa się poprzez szczelinę znajdującą się w płycie głównej i płycie końcowej wymiennika. W celu ukierunkowanego przepływu czynnika chłodniczego szczelina jest w połowie zaślepiona. Równomierny przepływ czynnika chłodniczego do mikrokanalików jest realizowany poprzez wypusty znajdujące się w rozdzielaczu wewnątrz płyty głównej. Płyta końcowa zbudowana jest identycznie jak płyta główna. Jedyną różnicą w budowie jest zaślepienie otworów gazowych o średnicy DN 22 mm znajdujących się w płycie końcowej, co uniemożliwia dalszy przepływ czynnika chłodniczego. Ostatnim elementem konstrukcyjnym wymiennika jest płyta zamykająca. Wymiennik w zależności od projektowanych mocy urządzenia chłodniczego, a w rezultacie wymaganych przepływów po stronie wodnej i gazowej, może być dowolnie rozbudowywany przez zwiększanie liczby płyt głównych nawet do 100 sztuk.

Mikrokanałowy wymiennik płytowy według niniejszego wynalazku dedykowany jest do pracy w układach chłodniczych zasilonych czynnikami palnymi lub lekko palnymi w tym ekologicznymi czynnikami chłodniczymi należącymi do grupy A3. Ekologiczne czynniki chłodnicze takie jak R290 - propan, czy R600a - izobutan są czynnikami palnymi należącymi do grupy czynników chłodniczych HC (węglowodory). Zastosowanie ekologicznych czynników chłodniczych w sprężarkowych urządzeniach chłodniczych ze względów bezpieczeństwa wymaga ograniczenia masy czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym, co w przypadku nieszczelności układu chłodniczego i wycieku czynnika ogranicza prawdopodobieństwo wybuchu. W powszechnie stosowanych układach chłodniczych na 1 kW mocy urządzenia chłodniczego należy użyć 200 gram ekologicznego czynnika chłodniczego np. propanu.

Szczególnie korzystną cechą opracowanego mikrokanałowego płytowego wymiennika ciepła jest możliwość redukcji masy czynnika chłodniczego w zależności od konstrukcji układu chłodniczego nawet do wartości < 100 g na 1 kW mocy w przypadku urządzeń chłodniczych o mocy w przedziale 10-20 kW. W przypadku urządzeń chłodniczych o mocy > 20 kW w zależności od konstrukcji układu chłodniczego możliwa jest redukcja masy czynnika chłodniczego w układzie do wartości < 150 g na 1 kW mocy. Kolejną zaletą opracowanej konstrukcji mikrokanałowego wymiennika ciepła zastosowanego w układzie chłodniczym jako parownik jest uzyskanie bardzo dużego współczynnika mocy tj. średnio 1 kW mocy chłodniczej przy masie czynnika chłodniczego wynoszącej 10 g. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem kolejną zaletą jest średnia wartość współczynnika przenikania ciepła płyty wymiennika (dla analizowanych przypadków), która wyniosła 4000 W/m ²K, gdzie dla porównania zastosowanie konwencjonalnych wymienników ciepła umożliwiało uzyskanie maksymalnie ciepła o wartości 1000 W/m²K.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia kompletny mikrokanałowy wymiennik płytowy w widoku aksonometrycznym, fig. 2 przedstawia płytę czołową w widoku z przodu oraz z dwóch boków, fig. 3 przedstawia płytę główną w widoku z przodu i z boku, fig. 4 przedstawia płytę końcową w widoku z przodu, z dołu oraz z boku, fig. 5 przedstawia płytę zamykającą w widoku z przodu oraz z boku, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny płyt tj. płyty głównej i płyty końcowej uwidaczniający mikrokanały, fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny płyty końcowej uwidaczniający mikrokanały, fig. 8 przedstawia część płyty końcowej z uwidocznieniem zaślepki, fig. 9 przedstawia część płyty końcowej z uwidocznieniem szczeliny zasilającej mikrokanały, fig. 10 przedstawia przekrój poprzeczny kompletnego mikrokanałowego wymiennika ciepła, fig. 11 przedstawia masę propanu w wymienniku w funkcji przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 12 przedstawia zależność mocy wymiennika w funkcji przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 13 przedstawia zależność gradientu temperatury czynnika chłodniczego w funkcji przepływu masowego czynnika chłodniczego, fig. 14 przedstawia zależność gradientu temperatury wody po stronie wtórnej wymiennika od przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 15 przedstawia zmianę strumienia ciepła przepływającego przez płytę główną w funkcji przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 16 przedstawia zmianę współczynnika przewodności płyty głównej w funkcji przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 17 przedstawia zmianę prędkości przepływu czynnika chłodniczego w funkcji zmian przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika, fig. 18 przedstawia zależność zmian prędkości przepływu wody po stronie wtórnej wymiennika w funkcji przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika.

Przedmiot wynalazku przedstawiony w przykładach wykonania i na figurach nie jest w żaden sposób ograniczony do określonych w przykładzie wymiarów wykorzystywanych mikrokanalików, czy też standaryzowanych rozmiarów otworów DN 22 lub DN 28. Zgodnie z wynalazkiem istnieje możliwość zastosowania innych, dostępnych króćców przyłączeniowych, bądź wykonania inny ch rozmiarów otworów itp. z zachowaniem odpowiednich proporcji według wynalazku.

Przykład 1

Mikrokanałowy wymiennik płytowy złożony jest z czterech, kolejno połączonych ze sobą płyt, a mianowicie z płyty czołowej 1, płyty głównej 2, płyty końcowej 3 oraz płyty zamykającej 4, przy czym płyty połączone są ze sobą za pomocą lutu twardego wykonanego spoiną o zawartości srebra > 45%, a dystans pomiędzy połączonymi ze sobą płytami 1-4 wynosi 1 mm. W płycie czołowej 1 rozmieszczone cztery króćce przyłączeniowe. Króciec przyłączeniowy 5 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm zamocowany jest w lewym, górnym narożu płyty czołowej 1, natomiast króciec przyłączeniowy 6 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm zamocowany jest w lewym, dolnym narożu płyty czołowej 1. Króciec przyłączeniowy 7 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm zamocowany jest w prawym, górnym narożu płyty czołowej 1, natomiast króciec przyłączeniowy 8 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm zamocowany jest w prawym, dolnym narożu płyty czołowej 1. Króćce przyłączeniowe 5 i 6 są zintegrowane z płytą główną 1 i umożliwiają podłączenie układu chłodniczego za pomocą lutu twardego z wykorzystaniem spoiwa o zawartości srebra > 45%, lub za pomocą połączenia rozłącznego - kształtka mosiężna z gwintem wewnętrznym. Króćce przyłączeniowe 7 i 8 są zintegrowane z płytą główną 1 i umożliwiają podłączenie układu wodnego za pomocą lutu twardego z wykorzystaniem spoiwa o zawartości srebra > 45%, lub za pomocą połączenia rozłącznego - kształtka mosiężna z gwintem wewnętrznym. W płycie głównej 2 wykonane są cztery otwory, które dopasowane są do rozmieszczania króćców przyłączeniowych zamocowanych do płyty czołowej 1. Pierwszy otwór 10 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm wykonany jest w lewym, górnym narożu płyty głównej 2, natomiast drugi otwór 11 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm wykonany jest w lewym, dolnym narożu płyty głównej 2. Trzeci otwór 12 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, górnym narożu płyty głównej 2, zaś czwarty otwór 13 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, dolnym narożu płyty głównej 2. W płycie końcowej 3 wykonane są identyczne cztery otwory 10-13 o takim samym rozmieszczeniu jak w płycie głównej 2. Wokół otworów 10 i 11 o średnicy DN 22 mm zarówno w płycie głównej 2 jak i w płycie końcowej 3 zamocowane są kołnierze 9. Wewnątrz płyty głównej 2 i płyty końcowej 3 wykonane są mikrokanaliki 14 o przekroju poprzecznym w kształcie prostokąta i wymiarach wewnętrznych 1,34 x 1,0 mm, które są ze sobą połączone za pomocą rozdzielacza 20, zaś pomiędzy mikrokanał 14 na zewnętrznej powierzchni płyty głównej 2 i płyty końcowej 3 naprzemiennie wykonane są rowki wodne 15. Wewnątrz trzeciego otworu 10 i czwartego otworu 11 zarówno w płycie głównej 2 jak i w płycie końcowej 3 wykonana jest szczelina 16, do wysokości równej połowie otworu, przez którą zasilane są czynnikiem chłodniczym mikrokanały 14. Do płyty głównej 2 i płyty końcowej 3 zamocowany jest obwodowo kołnierz dystansujący 17. Wewnątrz płyty głównej 2 i wewnątrz płyty końcowej 3 w rozdzielaczu 20 wykonane są wypusty 18, które ukierunkowują przepływ czynnika chłodniczego. Pierwszy otwór 10 i drugi otwór 11 w płycie końcowej 3 są całkowicie zaślepione zaślepką 19, która uniemożliwia dalszy przepływ czynnika chłodniczego między płytę końcową 3, a płytę zamykającą 4.

P rzy kła d 2

Mikrokanałowy wymiennik ciepła posiada analogiczną budowę jak w przykładzie wykonania 1, przy czym w zależności od projektowanych mocy urządzenia chłodniczego, a w rezultacie wymaganych przepływów po stronie wodnej i gazowej, wymiennik może zawierać większą liczbę połączonych ze sobą płyt głównych 2, nawet do 100 sztuk w jednym wymienniku ciepła.

P rzy kła d 3

Badania symulacyjne wykonano z wykorzystaniem oprogramowania Solid Works i biblioteki Flow Simulations. W oprogramowaniu Solid Works został opracowany model wymiennika a następnie z przy pomocy biblioteki Flow Simulations dokonano badań symulacyjnych przy stałym przepływie masowym propanu R290 jako czynnika chłodniczego zasilającego stronę pierwotną wymiennika i różnych przepływach masowych wody zasilającego stronę wtórną wymiennika. Celem prowadzonych

PL 245845 Β1 badań weryfikacyjnych była analiza wpływu przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika na uzyskaną moc przy zasileniu strony pierwotnej wymiennika 50 g propanu - R290. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że 1 kW mocy można uzyskać zasilając wymiennik 10 g propanu R290.

Przepływ wody [kg/s]	0,16	0,25	0,33	0,41	0,5	0,58	0,66	0,75	0,83
Masa propanu [kg]	0,050	0,050	0,050	0,050	0,050	0,050	0,050	0,050	0,050
Prędkość przepływu wody [m/s]	0,344	0,521	0,708	0,908	1,134	1,379	1,576	1,766	1,968
Współczynnik pizewodności cieplnej płyty głównej [W/m^A2 K]	1873,3	2206,0	2467,9	2694,9	3017,3	3386,6	3714,8	4052,7	4414,3
Strumień ciepła płyta główna [W/m²]	261,08	283,22	293,12	296,78	295,33	295,03	292,70	281,37	280,66
Prędkość przepływu czynnika chłodniczego [m/s]	2,1034	2,1031	2,1069	2,1054	2,1067	2,1096	2,1099	2,1093	2,1111
Gradient temperatury wody [°C]	2,3721	1,7629	1,4323	1,2830	1,1619	1,0552	0,9933	0,9272	0,8367
Gradient temperatury czynnika chłodniczego [^eC]	2,1134	2,299	2,4166	2,5207	2,6670	2,8012	2,8994	2,9887	3,0800
Moc wymiennika [W]	3020,18	3325,21	3527,42	3732,99	3973,03	4184,98	4341,36	4488,49	4634,12

Wnioski:

Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że w zależności od przepływu masowego wody, moc wymiennika zmienia się w granicach 3,0 kW- 4,6 kW, przy zmianie średniej wartości współczynnika przewodności cieplnej płyty głównej 1,8-4,4 [kW/m²-K], Dla analizowanych warunków pracy maksymalna moc wymiennika wynosi 4,6 kW, którą uzyskano przy zasileniu wymiennika 50 gramami propanu R290.

Claims

1. Mi kro kanałowy wymiennik płytowy zawierający płytę czołową, płytę końcową oraz co najmniej jedną płytę zawierającą mikrokanaliki, znamienny tym, że zawiera kolejno połączone ze sobą: płytę czołową (1), co najmniej jedna płytę główną (2) stanowiącą płytę mikrokanalikową, płytę końcową (3) stanowiącą płytę mikrokanalikową oraz płytę zamykającą (4), przy czym w górnej części płyty czołowej (1) zamocowane są dwa króćce przyłączeniowe, a kolejne dwa króćce przyłączeniowe zamocowane są w dolnej części płyty czołowej (1), natomiast w górnej części płyty głównej (2) wykonane są dwa otwory, a dwa kolejne otwory wykonane są w dolnej części płyty głównej (2), a w górnej części płyty końcowej (3) wykonane są dwa otwory, zaś dwa kolejne otwory wykonane są w dolnej części płyty końcowej (3), przy czym wokół co najmniej dwóch otworów w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3) zamocowane są kołnierze (9), a w co najmniej dwóch otworach w płycie końcowej (3) zamocowana jest zaślepka (19), natomiast wewnątrz płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) naprzemiennie wykonane są mikrokanaliki (14) i rowki wodne (15), zaś mikrokanaliki (14) połączone są ze szczeliną (16) za pomocą wypustów (18) wykonanych w rozdzielaczu (20), przy czym szczeliny (16) wykonane są w co najmniej dwóch otworach w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3), a do płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) obwodowo zamocowane są kołnierze dystansujące (17).

2. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera nie więcej niż 100 płyt głównych (2).

3. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, górnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (5).

4. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (6).

5. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (7).

6. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, dolnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (8).

7. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, górnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest pierwszy otwór (10).

8. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest drugi otwór (11).

9. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest trzeci otwór (12).

10. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, dolnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest czwarty otwór (13).

11. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, górnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest pierwszy otwór (10).

12. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest drugi otwór (11).

13. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest trzeci otwór (12).

14. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, dolnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest czwarty otwór (13).

15. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierze (9) zamocowane są wokół otworów (10) i (11) w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3).

16. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3) dopasowane są do rozmieszczania króćców przyłączeniowych w płycie czołowej (1).

17. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina (16) wykonana jest wewnątrz pierwszego otworu (10) i drugiego otworu (11) w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3).

18. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina (16) jest wykonana do wysokości równej połowie otworu.

19. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że zaślepka (19) w płycie końcowej (3) zamocowana jest w pierwszym otworze (10) i drugim otworze (11).

20. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że kształt przekroju poprzecznego mikrokanalików (14) stanowi prostokąt.

21. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek długości boków wewnętrznych prostokąta wynosi a/b=1,35 ± 0,2.

22. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że prostokąt posiada wymiary wewnętrzne 1,34 x 1,0 mm.

23. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że płyty (1-4) połączone są ze sobą za pomocą lutu twardego wykonanego spoiną o zawartości srebra > 45%.

24. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że dystans pomiędzy połączonymi ze sobą płytami (1-4) wynosi 1 mm.