PL248910B1 - Płytowy moduł wymiany ciepła - Google Patents

Płytowy moduł wymiany ciepła

Info

Publication number
PL248910B1
PL248910B1 PL446757A PL44675723A PL248910B1 PL 248910 B1 PL248910 B1 PL 248910B1 PL 446757 A PL446757 A PL 446757A PL 44675723 A PL44675723 A PL 44675723A PL 248910 B1 PL248910 B1 PL 248910B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
plate
elements
turbulence
plates
module according
Prior art date
Application number
PL446757A
Other languages
English (en)
Other versions
PL446757A1 (pl
Inventor
Tomasz SIEMIEŃCZUK
Tomasz Siemieńczuk
Original Assignee
Aic Spolka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aic Spolka Akcyjna filed Critical Aic Spolka Akcyjna
Priority to PL446757A priority Critical patent/PL248910B1/pl
Priority to EP24020330.7A priority patent/EP4556840A1/en
Publication of PL446757A1 publication Critical patent/PL446757A1/pl
Publication of PL248910B1 publication Critical patent/PL248910B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0075Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements the plates having openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0064Vaporizers, e.g. evaporators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/02Streamline-shaped elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Płytowy moduł wymiany ciepła zawierający dwie płyty ze strukturą żebrową, każda płyta zaopatrzona jest w przyłącze wlotowe oraz przyłącze wylotowe dla czynnika roboczego przepływającego przez tę płytę, charakteryzuje się tym, że strukturę żebrową stanowią elementy turbulizujące (2) usytuowane w rzędach na jednej stronie każdej płyty (1A, 1B), a druga strona każdej płyty (1A, 1B) jest gładka, przy czym wysokość (h) elementów turbulizujących (2) w następujących po sobie rzędach różni się względem rzędu sąsiedniego o tę samą wartość, przy czym płyty (1A, 1B) zestawione są ze sobą tak, że po stronie jednej płyty z najniższymi elementami turbulizującymi (2) usytuowana jest strona drugiej płyty z najwyższymi elementami turbulizującymi (2). Przedmiotem zgłoszenia jest również wymiennik ciepła.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest płytowy moduł wymiany ciepła.
Wynalazek znajduje zastosowanie w efektywnych energetycznie urządzeniach grzewczych i chłodniczych jak również układach energetycznych.
W stanie techniki znane są płytowe wymienniki ciepła, w których płyty zaopatrzone są w żebra o różnych kształtach, rozmieszczone według różnych wzorów. Wiadomo, że kształt, wielkość oraz konfiguracja żeber mają wpływ na parametry wymiany ciepła.
Z dokumentu patentowego US2004200602A1, znany jest płytowy wymiennik ciepła zawierający sekcje z kanałami dla czynników roboczych. Kanały zamknięte są ze wszystkich stron oraz zakończone są wlotem końcowym i wylotem końcowym dla odpowiedniej sekcji. Wymiennik ciepła składa się z szeregu sąsiadujących ze sobą płyt, pomiędzy którymi usytuowane są wspomniane kanały. Wspomniane kanały rozciągają się zasadniczo pionowo i są tak skonstruowane, że ich przekrój poprzeczny wzrasta lub maleje w kierunku przepływu czynnika roboczego, przy czym cała znajdująca się w nich ciecz może przemieszczać się w kierunku dna danego odcinka.
Z dokumentu patentowego US2872165A, znany jest płytowy wymiennik ciepła zawierający pomiędzy płytami kanały dla przepływu czynnika roboczego, których przekrój poprzeczny wzrasta lub maleje w kierunku przepływu czynnika roboczego, przy czym szerokość wspomnianych kanałów mierzona w płaszczyźnie płyty pod kątem prostym do kierunku przepływu czynnika roboczego, jest stała na całej długości płyty.
Z dokumentu patentowego US2018120038 A1 znany jest płytowy wymiennik ciepła. Każda płyta posiada wiele wydrążonych kołków ułożonych na płycie stanowiących żeberka. Ponadto, każda płyta zawiera otwór wlotowy i otwór wylotowy, które są ze sobą połączone, umożliwiając przepływ płynu. Wiele rurek cieplnych zdefiniowanych jest przez kilka spośród wielu wydrążonych kołków. Materiał odprowadzający ciepło umieszczony jest pomiędzy kilkoma wydrążonymi kołkami, a każda rurka cieplna przynajmniej częściowo wypełniona jest płynem przenoszącym.
Każdą rurkę cieplną przynajmniej częściowo wypełnia płyn przenoszący ciepło. Struktury na płycie wytwarzane są w procesie trawienia chemicznego.
Z dokumentu patentowego US2017321973 A1, znany jest kondensacyjny wymiennik ciepła służący do wymiany ciepła pomiędzy gorącym strumieniem płynu a zimnym strumieniem płynu i obejmuje stronę gorącego strumienia, która zawiera wlot gorącego strumienia i wylot gorącego strumienia, przy czym przekrój poprzeczny strony przepływu gorącego strumienia zmniejsza się od strony wlotu gorącego strumienia do strony wylotu gorącego strumienia w celu zachowania stałej prędkości pary, oraz stronę zimnego strumienia. Pomiędzy stroną gorącego strumienia a stroną zimnego strumienia umieszczony jest interfejs aby umożliwić komunikację cieplną między nimi.
W znanych przeciwprądowych płytowych wymiennikach ciepła pole przekroju poprzecznego pomiędzy użebrowanymi płytami nie zmienia się albo zmniejsza wzdłuż kierunku przepływu czynnika.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie płytowego przeciwprądowego modułu do wymiany ciepła zoptymalizowanego do zastosowań, w których czynniki robocze w trakcie procesu wymiany ciepła znacząco zmieniają swoją objętość i/lub stan skupienia.
Wynalazek rozwiązuje problem ogromnego wzrostu oporów przepływu czynnika, który w trakcie procesu wymiany ciepła znacząco zwiększa swoją objętość, a co za tym idzie wzrasta jego prędkość, prowadząc do wykładniczego wzrostu oporów hydraulicznych.
Według przedmiotowego wynalazku, płytowy moduł wymiany ciepła zawierający dwie płyty ze strukturą żebrową, każda płyta zaopatrzona jest w przyłącze wlotowe oraz przyłącze wylotowe dla czynnika roboczego przepływającego przez tę płytę, przy czym strukturę żebrową stanowią elementy turbulizujące usytuowane w rzędach na jednej stronie każdej płyty a druga strona każdej płyty jest gładka, przy czym wysokość elementów turbulizujących w następujących po sobie rzędach różni się względem rzędu sąsiedniego o tę samą wartość, przy czym płyty zestawione są ze sobą tak, że po stronie jednej płyty z najniższymi elementami turbulizującymi usytuowana jest strona drugiej płyty z najwyższymi elementami turbulizującymi, charakteryzuje się tym, że elementy turbulizujące mają łukową powierzchnię boczną, a przekrój poprzeczny elementów turbulizujących ma kształt profilu lotniczego albo elipsy o szerokości nie większej niż 7 mm i długości nie większej niż 15 mm albo okręgu o średnicy nie większej niż 15 mm, przy czym elementy turbulizujące jednej płyty usytuowane są w miejscu usytuowania elementów turbulizujących drugiej płyty albo w miejscu usytuowania części elementów turbulizujących drugiej płyty.
Korzystnie, gładka strona jednej płyty styka się z elementami turbulizującymi drugiej płyty albo pomiędzy płytami ze strukturą żebrową znajduje się płyta rozdzielająca usytuowana pomiędzy strukturami żebrowymi płyt.
Korzystnie, elementy turbulizujące rozmieszczone są równomiernie na powierzchni płyty.
Korzystnie, elementy turbulizujące usytuowane są w szyku opartym na trójkącie równobocznym w taki sposób, że odległość pomiędzy rzędami jest równa wysokości trójkąta równobocznego o wierzchołkach położonych na końcach sąsiadujących ze sobą dwóch elementów turbulizujących tego samego rzędu oraz odpowiednim końcem elementu turbulizującego usytuowanego w rzędzie sąsiednim pomiędzy wspomnianymi elementami turbulizującymi.
Termin „szerokość elementu turbulizującego” oznacza odległość pomiędzy najbardziej oddalonymi od siebie punktami przekroju poprzecznego wyznaczonego w poprzek elementu turbulizującego (poprzecznie względem kierunku przepływu czynnika roboczego).
Termin „długość elementu turbulizującego” oznacza odległość pomiędzy najbardziej oddalonymi od siebie punktami przekroju poprzecznego wyznaczonego wzdłuż elementu turbulizującego (zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika roboczego).
Korzystnie, elementy turbulizujące rozmieszczone są na płytach według tego samego wzoru. Kształt elementów turbulizujących w obu płytach może być taki sam albo może być różny.
Wysokość elementów turbulizujących w jednej płycie może być taka sama lub inna niż wysokość elementów turbulizujących w drugiej płycie.
Korzystnie, struktura żebrowa zawiera od 16000 do 39000 elementów turbulizujących w odniesieniu do 1 m2 powierzchni płyty bez elementów turbulizujących, zajmujących odpowiednio od 8% do 20% powierzchni.
Korzystnie, krańcowe płyty modułu są równoległe względem siebie.
Korzystnie, płyty, oraz elementy turbulizujące są z tego samego materiału.
Korzystnie, każda płyta posiada ramkę usytuowaną na obwodzie płyty, której wysokość zmienia się wraz ze zmianą wysokości elementów turbulizujących, a w narożach każda płyta zaopatrzona jest w otwory z których dwa naprzeciwległe leżące po przekątnej każdej płyty zamknięte są za pomocą ramki, a pozostałe dwa otwory tworzą kanały dla przepływającego przez tę płytę czynnika.
Korzystnie, ramka jest z tego samego materiału jak płyta.
Korzystnie, ramka jest jednoczęściowa.
Moduły według przedmiotowego wynalazku mogą być ułożone w stos tak, że otwory wlotowe i wylotowe dla pierwszego czynnika w płytach są połączone wspólnymi przyłączami wlotowymi i wylotowymi dla pierwszego czynnika, a otwory wlotowe i wylotowe dla drugiego czynnika są połączone wspólnymi przyłączami wlotowymi i wylotowymi dla drugiego czynnika. Ilość modułów w wymienniku ciepła może być dobrana w zależności od oczekiwanych parametrów.
Konstrukcja modułu według przedmiotowego wynalazku zapewnia uzyskanie zmiennego pola przekroju poprzecznego pomiędzy płytami modułu wzdłuż kierunku przepływu czynników roboczych. Pole przekroju poprzecznego pomiędzy płytami wzdłuż modułu zmniejsza się dla jednego czynnika i zwiększa dla drugiego, umożliwiając zwiększenie/zmniejszenie objętości czynnej dla przepływu czynnika zgodnie z kierunkiem jego przepływu.
Elementy turbulizujące umieszczone na płycie, gdzie czynnikiem roboczym jest na przykład R513A ,charakteryzują się rosnącą wysokością w kierunku przepływu czynnika, co jest korzystne, ponieważ czynnik ten w trakcie pracy urządzenia zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy, przez co 1,5 razy zwiększa swoją objętość. Zwiększenie objętości czynnika roboczego w danej przestrzeni roboczej skutkuje gwałtownym wzrostem oporu przepływu tego czynnika. W przypadku kanałów przestrzeni roboczej o stałym poprzecznym przekroju przepływu czynnika opór spowodowany zmianą prędkości wrzącego czynnika byłby 2,25 razy wyższy w przypadku przepływu tego samego czynnika w stanie ciekłym. Z tego powodu przekrój poprzeczny przestrzeni roboczej dla tego typu czynnika, według przedmiotowego wynalazku, zwiększa się zgodnie z kierunkiem jego przepływu. Rozwiązanie według przedmiotowego wynalazku pozwala na utrzymanie oraz regulację pożądanych parametrów termodynamicznych podczas zmiennej pracy urządzenia. Regulacji, poprzez zmianę wysokości elementów zaburzających przepływ, podlega liczba Reynoldsa, a co za tym idzie współczynniki przejmowania ciepła oraz oporów przepływu na całej powierzchni wymiany ciepła zgodnie z kierunkiem przepływu.
Ponadto, rozwiązanie według wynalazku zapewnia uzyskanie podparcia płyty oddzielającej przestrzenie przepływu czynników, na elementach turbulizujących, co jest warunkiem uzyskania połączenia dyfuzyjnego o pożądanej jakości i wytrzymałości. Dzięki temu, że moduł wymiany ciepła zawiera dwie równoległe względem siebie płyty końcowe, umożliwia multiplikację modułu w celu osiągnięcia oczekiwanej mocy, jak również wykorzystanie technologii spajania dyfuzyjnego do wykonania zarówno samego modułu, jak i wymiennika ciepła składającego się ze stosu modułów.
Zwiększenie wysokości elementów turbulizujących na płycie jest korzystne również ze względu na możliwości rozwijania powierzchni wymiany ciepła w obszarach, gdzie spada intensywność wymiany ciepła.
Kluczowe jest, że zmiana przekroju poprzecznego przestrzeni przepływu czynnika jest możliwa przy zachowaniu tych samych lokalizacji elementów turbulizujących przepływ na obu płytach modułu (jeden „pod/nad” drugim), zachowując wszelkie korzyści płynące z intensyfikacji wymiany ciepła oraz wytrzymałości konstrukcji.
Wynalazek przedstawiono na rysunku, na którym
Fig. 1 - przedstawia wymiennik ciepła zawierający moduły ułożone w stos, w widoku przestrzennym; Fig. 2 - moduł w przekroju poprzecznym;
Fig. 3 - płytę modułu w widoku z góry;
Fig. 4 - rozkład elementów turbulizujących na płycie;
Fig. 5 - element turbulizujący w widoku z góry;
Fig. 6 - element turbulizujący w widoku z boku;
Fig. 7 - moduły ułożone w stos, w przekroju poprzecznym.
Przykłady wykonania wynalazku
Przykładowy płytowy moduł wymiany ciepła zawiera dwie płyty 1A, 1B ze strukturą żebrową. Strukturę żebrową stanowią elementy turbulizujące 2 z łukowymi powierzchniami bocznymi (Fig. 5, Fig. 6), usytuowane w rzędach na jednej stronie każdej płyty 1A, 1B, a druga strona każdej płyty 1A, 1B, jest gładka (Fig. 3).
Struktura żebrowa może zawierać od 16000 do 39000 elementów turbulizujących w odniesieniu do 1 m2 powierzchni bez elementów turbulizujących, zajmujących odpowiednio od 8% do 20% powierzchni. Wysokość h elementów turbulizujących 2 w następujących po sobie rzędach różni się względem rzędu sąsiedniego o tę samą wartość, przy czym płyty zestawione są ze sobą tak, że po stronie jednej płyty 1A z najniższymi elementami turbulizującymi 2 usytuowana jest strona drugiej płyty 1B z najwyższymi elementami turbulizującymi 2, co pokazano na Fig. 2.
Korpusy płyt 1A, 1B, wykonane są na przykład blachy z nierdzewnej (SA-240 316L) o grubości 0,5 mm i wymiarach 148 mm x 722 mm. Na jednej stronie każdej płyty 1A, 1B, znajdują się elementy turbulizujące 2 o przekroju poprzecznym na przykład w kształcie profilu lotniczego, którego krawędź natarcia n oraz krawędź spływu s ma kształt łuku, przy czym promień krawędzi spływu s jest mniejszy niż promień krawędzi natarcia n elementu turbulizującego 2 (Fig. 5, Fig. 6). Maksymalna szerokość b elementów turbulizujących 2 znajduje się w odległości do 1Z długości elementu turbulizującego 2, licząc od krawędzi natarcia n, korzystnie w 1/10 długości. Stosunek maksymalnej szerokości b elementu turbulizującego 2 do jego długości 1 wynosi 1 : 5, przy czym szerokość b maksymalnego przekroju elementu turbulizującego 2 wynosi 1,2 mm a jego długość 1 wynosi 6 mm. Elementy turbulizujące 2 rozmieszczone są równomiernie na powierzchni każdej płyty 1A, 1B, przy czym usytuowane są w szyku opartym na trójkącie równobocznym w taki sposób, że odległość k pomiędzy rzędami jest równa wysokości trójkąta równobocznego o wierzchołkach położonych na końcach sąsiadujących ze sobą dwóch elementów turbulizujących 2 tego samego rzędu oraz odpowiednim końcem elementu turbulizującego 2 usytuowanego w rzędzie sąsiednim pomiędzy wspomnianymi elementami turbulizującymi 2, co pokazano na Fig. 4. Wysokość h elementów turbulizujących 2 jest różna w zależności od czynnika roboczego, jak również zmienia się w kierunku przepływu czynnika roboczego, co opisano wyżej. Dodatkowym elementem płyty 1A, 1B jest ramka 3, której szerokość d wynosi 3 mm i której wysokość uzależniona jest od wysokości h elementów turbulizujących 2, które znajdują się na danej płycie 1A, 1B, i zmienia się wraz ze zmianą wysokości h elementów turbulizujących 2. Każda z płyt 1A, 1B, posiada we wszystkich narożach otwory 4, 4’, 5, 5’, z których dwa, naprzeciwległe, leżące po przekątnej każdej płyty 1A, 1B, zamknięte są za pomocą ramki 3, a pozostałe dwa otwory tworzą kanały dla przepływającego przez tę płytę czynnika. Jednym otworem 4 pierwszy czynnik wpływa na płytę 1A, rozpływa się po tej płycie, omywając elementy turbulizujące 2 i drugim otworem 4’ z niej wypływa, przy czym otwory 5, 5’ na tej płycie 1A zamknięte są za pomocą ramki 3. Natomiast na płycie 1B drugi czynnik wpływa na tę płytę jednym otworem 5 omywając elementy turbulizujące 2 i wypływa drugim otworem 5’, przy czym otwory 4, 4’ na tej płycie 1B zamknięte są za pomocą ramki 3. Jeden kanał płyty 1A zakończony jest odpowiednio przyłączem wlotowym 40, a drugi kanał tej płyty zakończony jest przyłączem wylotowym 40’, oraz jeden kanał płyty 1B zakończony jest przyłączem wlotowym 50, a drugi kanał tej płyty zakończony jest przyłączem wylotowym 50’. Płyty 1A, 1B, układane są za pomocą formy pozycjonującej w stos, tak że strona gładka jednej płyty 1A styka się z elementami turbulizującymi 2 drugiej płyty 1B, oraz moduł zamknięty jest z góry i dołu płytami krańcowymi 6 o grubości 8 mm.
W innym przykładzie wykonania, pomiędzy płytami 1A, 1B znajduje się płyta rozdzielająca 7, co pokazano na Fig. 2.
W jednym przykładzie wykonania, gładka strona jednej płyty 1A styka się z elementami turbulizującymi 2 drugiej płyty 1B w miejscu usytuowania elementów turbulizujących 2 drugiej płyty 1B, a w innym wykonaniu gładka strona jednej płyty 1A styka się z elementami turbulizującymi 2 drugiej płyty 1B w miejscu usytuowania części elementów turbulizujących 2 drugiej płyty 1B, to jest z niewielkim przesunięciem względem siebie elementów turbulizujących 2 obu płyt 1A, 1B.
W innych przykładach wykonania, przekrój poprzeczny elementów turbulizujących 2 może mieć kształt okręgu albo elipsy (niepokazane na rysunku). Elementy turbulizujące 2 na jednej płycie 1A, 1B, mogą mieć ten sam kształt lub różny.
Ponadto, elementy turbulizujące 2 mogą być rozmieszczone na obu płytach 1A, 1B, według tego samego wzoru, kształt elementów turbulizujących 2 na obu płytach 1A, 1B, może być taki sam albo inny, oraz wysokość h elementów turbulizujących 2 na obu płytach 1A, 1B, może być taka sama albo różna.
Ponadto, płyty 1A, 1B, elementy turbulizujące 2, oraz ramki 3, mogą być wykonane z tego samego materiału.
Moduł może zawierać dwa rodzaje płyt 1A, 1B, różnych pod względem cech geometrycznych, uzależnionych od czynników roboczych. Przykładowo, jednym z czynników roboczych może być R513A, drugim natomiast woda. W rozwiązaniu według niniejszego wynalazku wysokość h elementów turbulizujących 2 jest zmienna (rosnąca lub malejąca względem kierunku przepływu czynnika), niezależnie od użytego w module czynnika roboczego, w taki sposób, że każdy kolejny rząd (zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika roboczego) elementów turbulizujących 2 jest wyższy lub niższy od poprzedzającego go rzędu, co skutkuje tym, że powierzchnie sąsiadujących ze sobą płyt nie są względem siebie równoległe, jak w przypadku znanych wymienników płytowych. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie przestrzeni przepływu o przekroju poprzecznym, zmniejszającym się lub zwiększającym zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika, co zapewnia zwiększenie przekroju czynnego podczas zmiany objętości czynnika spowodowanej wymianą ciepła.
Elementy turbulizujące 2, gdzie czynnikiem roboczym jest R513A charakteryzują się rosnącą wysokością w kierunku przepływu czynnika, co jest korzystne, ponieważ czynnik ten w trakcie pracy urządzenia zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy, przez co 1,5-krotnie zwiększa swoją objętość. W przypadku przestrzeni przepływu o stałym przekroju poprzecznym opór spowodowany zmianą prędkości wrzącego czynnika byłby 2,25 razy wyższy w przypadku przepływu tego samego czynnika w stanie ciekłym. Z tego powodu przestrzeń przepływu dla tego czynnika charakteryzuje się zmiennym przekrojem. Wysokość h pierwszego rzędu elementów turbulizujących 2 wynosi 1 mm, podczas gdy wysokość ostatniego rzędu elementów turbulizujących 2 wynosi 2 mm, dzięki czemu na wylocie z płyty pole przekroju czynnego jest 2-krotonie większe, co pozwala zniwelować opory przepływu 4-krotnie. W przypadku drugiego czynnika, którym jest woda, przestrzeń przepływu także charakteryzuje się zmiennym przekrojem. Pierwszy rząd elementów turbulizujących 2 ma wysokość 2 mm, natomiast ostatni 3 mm. Jest to korzystne z uwagi na to, że obszar mniejszych wysokości elementów turbulizujących po stronie wodnej odpowiada obszarowi po stronie drugiego czynnika, gdzie obecny tam R513A jest w stanie gazowym, który charakteryzuje się niemal 10-krotnie mniejszym współczynnikiem wnikania ciepła niż w trakcie procesu odparowania. Mniejszy przekrój czynny dla przepływu wody powoduje zintensyfikowanie współczynnika wnikania ciepła po jej stronie, dzięki czemu wymagana powierzchnia wymiany ciepła w tym obszarze może być mniejsza niż w przypadku przestrzeni przepływu o stałym przekroju poprzecznym, co skutkuje redukcją masy i objętości modułu, a w przypadku multiplikacji modułów, redukcją masy i objętości wymiennika. Zwiększający się przekrój czynny z kolei pozwala zniwelować duże opory przepływu, które spowodowane byłyby zbyt dużą prędkością przepływu wody, która nie jest konieczna do wydajnej pracy urządzenia w obszarach, gdzie R513A odparowuje i charakteryzuje się bardzo wysokim współczynnikiem wnikania ciepła.
Wykaz oznaczeń
1A - płyta modułu
1B - płyta modułu
- elementy turbulizujące b - szerokość elementów turbulizujących
- długość elementów turbulizujących h - wysokość elementów turbulizujących k - odległość między rzędami elementów turbulizujących n - krawędź natarcia elementu turbulizującego s - krawędź natarcia elementu turbulizującego
- ramka d - szerokość ramki
- otwór wlotowy dla pierwszego czynnika ’ - otwór wylotowy dla pierwszego czynnika
- otwór wlotowy dla drugiego czynnika ’ - otwór wylotowy dla drugiego czynnika
- płyty krańcowe modułu
- płyta rozdzielająca
- przyłącze wlotowe dla pierwszego czynnika ’ - przyłącze wylotowe dla pierwszego czynnika
- przyłącze wlotowe dla drugiego czynnika ’ - przyłącze wylotowe dla drugiego czynnika

Claims (16)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Płytowy moduł wymiany ciepła zawierający dwie płyty ze strukturą żebrową, każda płyta zaopatrzona jest w przyłącze wlotowe oraz przyłącze wylotowe dla czynnika roboczego przepływającego przez tę płytę, przy czym strukturę żebrową stanowią elementy turbulizujące (2) usytuowane w rzędach na jednej stronie każdej płyty (1A, 1B) a druga strona każdej płyty (1A, 1B) jest gładka, przy czym wysokość (h) elementów turbulizujących (2) w następujących po sobie rzędach różni się względem rzędu sąsiedniego o tę samą wartość, przy czym płyty (1A, 1B) zestawione są ze sobą tak, że po stronie jednej płyty z najniższymi elementami turbulizującymi (2) usytuowana jest strona drugiej płyty z najwyższymi elementami turbulizującymi (2), znamienny tym, że elementy turbulizujące (2) mają łukową powierzchnię boczną, a przekrój poprzeczny elementów turbulizujących (2) ma kształt profilu lotniczego albo elipsy o szerokości (b) nie większej niż 7mm i długości nie większej niż 15 mm albo okręgu o średnicy nie większej niż 15 mm, przy czym elementy turbulizujące (2) jednej płyty (1A) usytuowane są w miejscu usytuowania elementów turbulizujących (2) drugiej płyty (1B) albo w miejscu usytuowania części elementów turbulizujących (2) drugiej płyty (1B).
  2. 2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że gładka strona jednej płyty (1A) styka się z elementami turbulizującymi (2) drugiej płyty (1B).
  3. 3. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy płytami (1A, 1B) ze strukturą żebrową znajduje się płyta rozdzielająca (7) usytuowana pomiędzy strukturami żebrowymi płyt (1A, 1B).
  4. 4. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy turbulizujące (2) rozmieszczone są równomiernie na powierzchni płyty (1A, 1B).
  5. 5. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że elementy turbulizujące (2) usytuowane są w szyku opartym na trójkącie równobocznym w taki sposób, że odległość (k) pomiędzy rzędami jest równa wysokości trójkąta równobocznego o wierzchołkach położonych na końcach sąsiadujących ze sobą dwóch elementów turbulizujących (2) tego samego rzędu oraz odpowiednim końcem elementu turbulizującego (2) usytuowanego w rzędzie sąsiednim pomiędzy wspomnianymi elementami turbulizującymi (2).
  6. 6. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że elementy turbulizujące (2) rozmieszczone są na płytach (1A, 1B) według tego samego wzoru.
  7. 7. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 6, znamienny tym, że kształt przekroju poprzecznego elementów turbulizujących (2) w obu płytach (1A, 1B) jest taki sam.
  8. 8. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 6, znamienny tym, że kształt przekroju poprzecznego elementów turbulizujących (2) w obu płytach (1A, 1B) jest różny.
    PL 248910 Β1
  9. 9. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 8, znamienny tym, że wysokość (h) elementów turbulizujących (2) w jednej płycie (1 A) jest inna niż wysokość elementów turbulizujących w drugiej płycie (1B).
  10. 10. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 9, znamienny tym, że struktura żebrowa zawiera od 16000 do 39000 elementów turbulizujących (2) w odniesieniu do 1 m2 powierzchni bez elementów turbulizujących (2).
  11. 11. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 10, znamienny tym, że krańcowe płyty (6) modułu są równoległe względem siebie.
  12. 12. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 11, znamienny tym, że płyty (1A, 1B), oraz elementy turbulizujące (2) są z tego samego materiału.
  13. 13. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 do 12, znamienny tym, że każda płyta (1A, 1B) posiada ramkę (3) usytuowaną na obwodzie płyty (1A, 1B) której wysokość zmienia się wraz ze zmianą wysokości (h) elementów turbulizujących (2), a w narożach każda płyta (1A, 1B) zaopatrzona jest w otwory (4, 4’, 5, 5’) z których dwa naprzeciwległe leżące po przekątnej każdej płyty (1A, 1B) zamknięte są za pomocą ramki (3), a pozostałe dwa otwory tworzą kanały dla przepływającego przez tę płytę czynnika.
  14. 14. Moduł według zastrz. 13, znamienny tym, że ramka (3) jest z tego samego materiału jak płyta (1A, 1B).
  15. 15. Moduł według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że ramka (3) jest jednoczęściowa.
  16. 16. Wymiennik ciepła zawierający moduły według któregokolwiek z zastrz. 13 do 15, znamienny tym, że moduły ułożone są w stos tak, że otwory wlotowe (4) i wylotowe (4’) dla pierwszego czynnika w płytach (1 A) są połączone wspólnymi przyłączami wlotowymi (40) i wylotowymi (40’) dla pierwszego czynnika, a otwory wlotowe (5) i wylotowe (5’) dla drugiego czynnika są połączone wspólnymi przyłączami wlotowymi (50) i wylotowymi (50’) dla drugiego czynnika.
PL446757A 2023-11-17 2023-11-17 Płytowy moduł wymiany ciepła PL248910B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446757A PL248910B1 (pl) 2023-11-17 2023-11-17 Płytowy moduł wymiany ciepła
EP24020330.7A EP4556840A1 (en) 2023-11-17 2024-11-15 Plate heat exchange module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446757A PL248910B1 (pl) 2023-11-17 2023-11-17 Płytowy moduł wymiany ciepła

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL446757A1 PL446757A1 (pl) 2025-05-19
PL248910B1 true PL248910B1 (pl) 2026-02-09

Family

ID=94083199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL446757A PL248910B1 (pl) 2023-11-17 2023-11-17 Płytowy moduł wymiany ciepła

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4556840A1 (pl)
PL (1) PL248910B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2872165A (en) * 1954-09-04 1959-02-03 Separator Ab Plate type heat exchanger
US20040200602A1 (en) * 2001-07-31 2004-10-14 Hugill James Anthony System for stripping and rectifying a fluid mixture
WO2009083795A2 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Mircea Dinulescu Exchanger of heat

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100990309B1 (ko) * 2008-06-03 2010-10-26 한국수력원자력 주식회사 열교환기
DE102012006477A1 (de) 2012-03-29 2013-10-02 Linde Aktiengesellschaft Plattenwärmetauscher mit mehreren Modulen verbunden mit Profilen
US9863716B2 (en) * 2013-07-26 2018-01-09 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with embedded heat pipes
US20170321973A1 (en) * 2016-05-09 2017-11-09 Hamilton Sundstrand Corporation Constant vapor velocity condenser
DE202019104813U1 (de) 2019-09-02 2019-09-10 Olivier Brasseur Gegenstromplattenwärmetauscher-Modul und Gegenstromplattenwärmetauscher
GB2593472B (en) 2020-03-23 2023-11-01 Reaction Engines Ltd Flat plate heat exchanger
CN115325864A (zh) 2021-05-10 2022-11-11 丹佛斯有限公司 用于板式热交换器的具有不对称性波纹结构的板

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2872165A (en) * 1954-09-04 1959-02-03 Separator Ab Plate type heat exchanger
US20040200602A1 (en) * 2001-07-31 2004-10-14 Hugill James Anthony System for stripping and rectifying a fluid mixture
WO2009083795A2 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Mircea Dinulescu Exchanger of heat

Also Published As

Publication number Publication date
EP4556840A1 (en) 2025-05-21
PL446757A1 (pl) 2025-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. Heat exchanger: from micro‐to multi‐scale design optimization
EP3306253B1 (en) Heat exchanging plate and heat exchanger
CN105823360B (zh) 含错排热管阵列的板式换热器
CN109163586B (zh) 一种螺旋流道印刷电路板换热器
WO2010013608A1 (ja) 蒸発器又は凝縮器として使用されるプレート型熱交換装置
CN111059934A (zh) 一种复合结构印刷电路板式换热器芯体
CN110657692A (zh) 一种换热器
CN107144158A (zh) 一种超临界二氧化碳和水换热的紧凑式换热器
CN112880444A (zh) 一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器及芯体
CN113154915A (zh) 一种不连续s翅型换热板及pche芯体
CN117232296B (zh) 一种纺锤形热流道的板式换热器
Moisseytsev et al. Heat exchanger options for dry air cooling for the sco2 brayton cycle
CN212158250U (zh) 一种复合结构印刷电路板式换热器芯体
PL248910B1 (pl) Płytowy moduł wymiany ciepła
CN215725352U (zh) 一种歧管式换热器
CN109323607A (zh) 一种蜂窝型超紧凑板式热交换器
CN204535515U (zh) 一种翅片型换热单元及含有该单元的换热器
CN219693947U (zh) 一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体
WO2019224767A1 (en) Thermal exchanging device
CN215930645U (zh) 一种不连续s翅型换热板及pche芯体
CN213208029U (zh) 冷凝器和空调设备
CN212299551U (zh) 换热器及空调系统
KR101315648B1 (ko) 판형 열교환기
CN119983853B (zh) 自驱动的汽液分离强化冷凝传热的印刷电路板式冷凝器
US20050211424A1 (en) Duct