Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Prstencový výměník tepla
CZ307349B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
umera Pavel Ĺ
Worldwide applications
Application CZ2017-77A events
2017-02-09
2017-02-09
2018-06-20
2018-06-20
Description
translated from
Vynález se týká prstencového výměníku tepla, zahrnujícího alespoň dva obvodově uzavřené a v sobě uspořádané trubkovité profily pro průtok médií, ve kterých je uspořádána teplovodivá struktura.
Dosavadní stav techniky
Výměníky tepla, zahrnující alespoň dvě v sobě uspořádané trubky pro průtok médií, se někdy označují jako výměníky trubka v trubce. Trubka ve výměnících trubka v trubce má dvě hlavní funkce - odděluje média a zároveň slouží jako teplosměnná plocha. Pro výměnu tepla je rozhodující přestup tepla z média do M materiálu výměníku, vedení tepla se uplatňuje minimálně, pouze stěnou trubky.
Zvětšením teplosměnné plochy dojde ke zvýšení výkonu výměníku. U výměníků trubka v trubce je zapotřebí pro zvětšení teplosměnné plochy zvětšit délku trubek. Vzhledem k tomu, že trubka zároveň odděluje média, musí mít celá teplosměnná plocha tloušťku stěny takovou, aby snesla tlaky médií a jejich tlakový rozdíl. Tím vychází hmotnost (a rozměry) takových výměníků velmi velká.
Zvětšení teplosměnné plochy se dá dosáhnout žebrováním. Žebra jsou součástí trubky a mají tloušťku v řádu mm. V tomto případě se částečně uplatňuje jak přestup tepla, tak vedení tepla, stále je však rozhodující přestup tepla.
Žebrování (zvětšení teplosměnné plochy) se používá jednostranně - uvnitř nebo venku.
Aby se dosáhlo maximálního výkonu s minimální hmotností výměníku, je snaha zmenšovat tloušťku stěny oddělující média, což naráží na technologické limity, zejména pokud se jedná o média o rozdílných nebo vysokých tlacích. Navíc je potřeba tyto tenké stěny nějakým způsobem spojit - u deskových výměníků např. pájením nebo svařováním. To též naráží na určité technologické limity.
Trubka pro výměníky, vyplněná teplosměnnou plochou ve tvaru žeber, je znána například z patentu US 6533030.
Dále jsou známy tepelné výměníky vyplněné strukturou ve tvaru včelí plástve. Jako příklad lze uvést japonské dokumenty JPH 02150691 a JPS 62288495.
Dále jsou známy rotační regenerační výměníky tepla, například společnosti KASTT, které fungují na principu kondenzátoru, to znamená, že se cyklicky nabíjí a po otočení nabité části teplosměnné plochy do místa s nižší teplotou se zase vybíjí. Jedná se technicky o zcela odlišný způsob fungování výměníku, než jak fungují výměníky trubka v trubce.
Cílem vynálezu je upravit známé výměníky trubka v trubce tak, aby se dosáhlo významného snížení hmotnosti a zvýšení výkonu výměníku.
Podstata vynálezu
Uvedeného cíle se dosahuje prstencovým výměníkem tepla, zahrnujícím alespoň dva obvodově uzavřené a v sobě uspořádané trubkovité profily pro průtok médií, ve kterých je uspořádána teplovodivá struktura, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že teplovodivá struktura zahrnuje spirálovitě těsně svinutou dvojici na sobě ležících pásů, přičemž první pás je hladký, zatímco druhý pás je zvlněný napříč ke směru svinutí pro vytvoření průtokových kanálků.
Výhodou řešení podle vynálezu je, že jednotlivé teplovodivé struktury jsou u výměníku podle vynálezu od sebe oddělené příslušnými trubkovitými profily, které ve standardních výměnících fungují jako teplosměnná plocha, ale ve výměníku podle vynálezu mají převážně funkci oddělovače médií. Trubkovité profily primárně netvoří teplosměnnou plochu, ale člen výměníku, který odděluje média, takže trubkovité profily mohou být dimenzovány na příslušný tlakový rozdíl a výměník podle vynálezu pak lze použít pro téměř libovolný tlakový rozdíl médií.
Vzhledem k tomu, že teplovodivá struktura může mít bez ohledu na tlaky médií tloušťku v desítkách mikrometrů, zatímco tloušťka stěny i případných žeber v žebrovaných trubkách známých výměníků je v řádech milimetrů, tedy o 2 řády silnější, je i hmotnost výměníku podle vynálezu při stejném výkonu řádově nižší.
Trubkovité profily mohou mít v podstatě libovolný příčný průřez, zejména kruhový, oválný nebo hranatý.
Je výhodné, když teplovodivá struktura zcela vyplňuje trubkovité profily.
Objasnění výkresů
Na obr. 1 je schematicky zobrazen příčný řez prvním příkladem provedení prstencového výměníku tepla podle vynálezu. Na obr. 2 je detail provedení teplovodivé struktury v oblasti vnitřního profilu. Na obr. 3, 4, 5 a 6 jsou další příklady provedení prstencového výměníku tepla podle vynálezu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad provedení prstencového výměníku tepla podle obr. 1 zahrnuje tři soustředně uspořádané trubkovité profily pro průtok médií, a to vnější profil 1, vnitřní profil 2 a středový profil 7. V tomto provedení jsou trubkovité profily 1, 2, 7 tvořeny trubkami s kruhovým průřezem. Meziprostory mezi těmito profily 1, 2, 7 jsou zcela vyplněny teplovodivou strukturou 3, která je tvořena spirálovitě těsně svinutou dvojici na sobě ležících pásů 4, 5 z hliníkového plechu o tloušťce 0,05 mm. První pás 4 je hladký, zatímco druhý pás 5 je zvlněný napříč ke směru svinutí pro vytvoření průtokových kanálků 6 (viz obr. 2).
Příklad provedení prstencového výměníku tepla podle obr. 3 se od provedení podle obr. 1 liší pouze tím, že nemá středový profil 7 a celý vnitřní profil 2 je v podstatě zcela vyplněn teplovodivou strukturou 3.
Naopak příklad provedení prstencového výměníku tepla podle obr. 4 zahrnuje několik středových profilů 7. V takovém případě mohou být média dvě nebo může být výměník konstruován na výměnu tepla mezi více médii.
Na obr. 5 a 6 jsou zobrazeny příklady výměníků, jejichž trubkovité profily 1, 2 mají hranatý příčný průřez. Odborníkům je zřejmé, že profily 1, 2, 7 mohou mít v podstatě libovolný obvodově uzavřený průřez.
Prstencový výměník tepla podle vynálezu může být zapojen jako protiproudy nebo souproudý s libovolným počtem vložených profilů 1, 2, 7. Výměník může být použit i pro média kapalina/kapalina, jeho přednosti se však nejvíce projeví při použití pro média plyn/plyn a
-2CZ 307349 B6 plyn/kapalina a při aplikacích s velkým rozdílem tlaků na teplé a studené straně (parní generátory, rekuperátory spalovacích turbín, kondenzátory, výpamíky).
Funkce prstencového výměníku tepla podle vynálezu bude popsána na příkladu provedení podle obr. 1 a 2. Ostatní provedení fungují analogicky.
Teplé médium se přivádí do prostoru mezi vnitřním profilem 2 a středovým profilem 7, kde médium předává teplo teplovodivé struktuře 3. Teplovodivá struktura 3 toto teplo vede k trubce, která tvoří vnitřní profil 2 a následně je teplo vedeno do teplovodivé struktury 3, která vyplňuje prostor mezi vnitřním profilem 2 a vnějším profilem 1. V tomto prostoru pak teplovodivá struktura 3 předává teplo chladnějšímu médiu, které v tomto prostoru proudí. Pohyb teplaje na obr. 2 vyznačen šipkami.
Prstencový výměník tepla podle vynálezu je tedy založený na kombinované výměně tepla, kde přestup tepla má stejnou váhu jako vedení tepla. Je u něj maximalizována teplosměnná plocha vložením shora popsané teplovodivé struktury 3. K výměně tepla se stejnou měrou využívá přestupu tepla do této teplovodivé struktury 3, poté vedení tepla touto teplovodivou strukturou 3 k oddělovací stěně příslušného profilu 1, 2, 7. V podstatně větší míře se tak uplatňuje vedení tepla teplovodivou strukturou 3, které je ve výměníku podle vynálezu stejně důležité jako přestup tepla.
Jednotlivé teplovodivé struktury 3 jsou od sebe oddělené příslušnými trubkovitými profily 1, 2, 7, které ve standardních výměnících fungují jako teplosměnná plocha, ale ve výměníku podle vynálezu však mají převážně funkci oddělovače médií.
Tím, že média oddělují trubkovité profily 1, 2, 7, které jsou dimenzovány na příslušný tlakový rozdíl, může se výměník podle vynálezu použít pro téměř libovolný tlakový rozdíl médií. Trubkovité profily 1, 2, 7 tak primárně netvoří teplosměnnou plochu, ale člen výměníku oddělující média. Vzhledem k tomu, že teplovodivá struktura může mít bez ohledu na tlaky médií tloušťku v desítkách mikrometrů, zatímco tloušťka stěny i případných žeber v žebrovaných trubkách známých výměníků je v řádech milimetrů, tedy o 2 řády silnější, je i hmotnost výměníku podle vynálezu při stejném výkonu řádově nižší.
Porovnávacím výpočtem pomocí numerického modelu v programu ANSYS CFD byl porovnán tepelný výkon přenesený 50 mm hliníkovou trubkou o průměru 20 mm ve čtyřech provedeních, simulujících 4 různé druhy výměníků:
- hladká trubka
- standardní žebrovaná trubka
- trubka s žebry podle patentu US 6533030
- výměník podle vynálezu
Výpočtové podmínky: zvnějšku na konstantní teplotu 100 °C zahřívaná trubka, do které vstupuje vzduch o teplotě 20 °C a rychlostí proudění 31,87 m/s.
Ideální výměník o 100% účinnosti by měl výkon 604 W. Pomocí numerického modelu byly vypočteny následující hodnoty:
Hladká trubka - 32 W (5 % ideálního výměníku)
Standardní žebrovaná trubka - 146 W (24 % ideálního výměníku)
Trubka s žebry podle patentu US 6533030 - 252 W (42 % ideálního výměníku)
Výměník podle vynálezu - 375 W (62 % ideálního výměníku)
Z uvedeného je zřejmé, že výměník podle vynálezu má zcela jasně nejvyšší výkon.
Claims (7)
Hide Dependent
translated from
Claims (7)
Hide Dependent
translated from
1. Prstencový výměník tepla, zahrnující alespoň dva obvodově uzavřené a v sobě uspořádané trubkovité profily (1,2) pro průtok médií, ve kterých je uspořádána teplovodivá struktura (3), vyznačující se tím, že teplovodivá struktura (3) zahrnuje spirálovitě těsně svinutou dvojici na sobě ležících pásů (4, 5), přičemž první pás (4) je hladký, zatímco druhý pás (5) je zvlněný napříč ke směru svinutí pro vytvoření průtokových kanálků (6).
2. Prstencový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubkovité profily (1,2) mají příčný průřez kruhový, oválný nebo hranatý.
3. Prstencový výměník tepla podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že teplovodivá struktura (3) zcela vyplňuje trubkovité profily (1,2)
Seznam vztahových značek:
1 vnější profil
2 vnitřní profil
3 teplovodivá struktura
4 první pás
5 druhý pás
6 průtokový kanálek
7 středový profil