CZ308551B6

CZ308551B6 - Výměník tepla pro aplikaci kapalina - plyn a způsob jeho zhotovení

Info

Publication number: CZ308551B6
Application number: CZ2019-550A
Authority: CZ
Inventors: Tereza Brožová
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2020-11-18
Also published as: CZ2019550A3

Abstract

Výměník tepla pro aplikaci kapalina-plyn na bázi dutých polymerních vláken vedených mezi přiváděcí a odváděcí komorou je tvořen na sebe položenými vrstvami dutých polymerních vláken (1) k vedení kapaliny, která jsou v každé vrstvě rovnoběžná a zachovávají pravidelné rozestupy, přičemž osy vláken (1) v jedné vrstvě svírají s osami vláken (1) v sousedních vrstvách shodný úhel (α) v rozmezí 2° až 15°. Způsob zhotovení takového výměníku pak spočívá v tom, že na otáčející se obdélníkový rám (2) se navíjí vrstva dutých polymerních vláken (1) s pravidelnými rozestupy mezi závity vlákna (1) a s určitým sklonem vůči rámu (2), poté po zaplnění rámu (2) se změní sklon vlákna (1) vůči rámu (2) a navine se další vrstva, načež po navinutí požadovaného počtu vrstev se vlákna v oblastech obou ohybů zalijí ve formách zalévací hmotou, po jejímž ztuhnutí se část zalévací hmoty odřízne, čímž se otevřou vstupy do dutých vláken, a takto vytvořený souvislý a kompaktní blok vláken se upevní ve stěně přiváděcí resp. odváděcí komory.

Description

Výměník tepla pro aplikaci kapalina-plyn a způsob jeho zhotovení

Oblast techniky

Vynález se týká výměníku tepla na bázi dutých polymemích vláken určeného zejména pro motorová vozidla jako součást soustavy k regulaci teploty chladicí kapaliny a teploty v interiéru vozidla.

Dosavadní stav techniky

Výměníky tepla z dutých polymemích vláken nacházejí uplatnění v mnoha aplikacích. K výměně tepla mezi kapalinou a plynem jsou nej častěj i určeny výměníky, v nichž jsou dutá vlákna protékaná kapalinou vedena v plochém svazku paralelních vláken uspořádaných v několika vrstvách, přes něž proudí plyn. Příkladem je výměník tepla, jehož zhotovení popisuje KR 20170027413.

Takové uspořádání vláken se však jeví jako nevýhodné. Vzhledem k tomu, že polymemí materiály mají vysokou teplotní roztažnost, dochází u tepelných výměníků při vzrůstající teplotě k výraznému prodloužení vláken. To má pak za následek rozpad geometrie teplosměnného jádra výměníku. V souvislosti s tím dochází k prudkému nárůstu tlakových ztrát na straně plynu. Prodloužená paralelní vlákna jedné vrstvy přicházejí po celé své aktivní délce do kontaktu s vlákny sousední vrstvy. Z vláken se vytvoří „pevná stěna“, která klade odpor proudění plynu. To má také negativní dopad na tepelný výkon výměníku.

Vynález si klade za úkol navrhnout výměník tepla s novou strukturou vedení vláken, která zajistí oddělení sousedních vláken i v momentě jejich prodloužení vlivem rostoucí teploty, a rovněž si klade za úkol navrhnout způsob zhotovení takového výměníku.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší výměník tepla pro aplikaci kapalina-plyn na bázi dutých polymemích vláken vedených mezi přiváděči a odváděči komorou, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen na sebe položenými vrstvami dutých polymemích vláken k vedení kapaliny, která jsou v každé vrstvě rovnoběžná a zachovávají pravidelné rozestupy, přičemž osy vláken v jedné vrstvě svírají s osami vláken v sousedních vrstvách shodný úhel v rozmezí 2° až 15°.

Způsob zhotovení takového výměníku pak spočívá v tom, že na otáčející se obdélníkový rám se navíjí vrstva dutých polymemích vláken s pravidelnými rozestupy mezi závity vlákna a s určitým sklonem vůči rámu, poté po zaplnění rámu se změní sklon vlákna vůči rámu a navine se další vrstva, načež po navinutí požadovaného počtu vrstev se vlákna v oblastech obou ohybů kolem ramen rámu zalijí ve formách zalévací hmotou, po jejímž ztuhnutí se část zalévací hmoty se zalitými vlákny odřízne, čímž se otevřou vstupy do dutých vláken, a takto vytvořený souvislý a kompaktní blok vláken se upevní ve stěně přiváděči, resp. odváděči komory.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje rám, na němž je navinuta lichá vrstva vláken, obr. 2 rám s navinutou sudou vrstvou vláken, na obr. 3 jsou na sobě navinuty lichá i sudá vrstva a na obr. 4 je řez A výměníkem podle obr. 3, který má uspořádáno osm vrstev za sebou ve směru proudění plynu.

- 1 CZ 308551 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Výměník podle vynálezu je určen pro aplikaci kapalina-plyn, zejména v provedení automobilového chladiče či tepelného výměníku v klimatizační jednotce automobilu.

V nové struktuře vedení dutých vláken 1 se střídají dva sklony vláken i, např. lichá vrstva vláken 1 podle obr. 1 má vlákna 1 uspořádána zleva doprava se sklonem g/2 = 5° a sudá vrstva podle obr. 2 má kladena vlákna 1 zprava doleva s opačným sklonem g/2 = 5°. Tímto střídáním vzniká struktura, u níž dochází pouze k bodovému dotyku mezi vlákny 1 sousedních vrstev, jak je zřejmé z obr. 4, a to i při jejich prodloužení vlivem teploty.

Způsob výroby uvedeného tepelného výměníku je následující: Nejprve se zhotoví rám 2 s požadovanými rozměry finálního výměníku. Poté se tímto rámem 2 otáčí, přičemž je na rám navíjeno duté polymemí vlákno 1. Na jedné straně rámu 2 tak vzniká struktura liché vrstvy vláken 1 a z druhé strany rámu 2 vzniká struktura sudé vrstvy. Po navinutí vlákna i po celé délce ránu 2 se změní sklon vláken navine se další vrstva po celé délce rámu 2 a tím se vytvoří finální struktura dvou vrstev. Proces se opakuje až po dosažení požadované teplosměnné plochy výměníku. Vlákno 1 se odvíjí z cívky a je vedeno pomocí hlavy, která je řízena počítačem. Posuv této hlavy pak přesně určuje výslednou rozteč mezi vlákny 1 v jedné vrstvě. V uvedeném příkladu nejsou vlákna i v lichých, respektive v sudých, vrstvách vzájemně přesazena, tedy jdou přesně za sebou ve směru proudění plynu. V jiném provedení mohou být vlákna 1 v sousedních lichých a v sousedních sudých vrstvách přesazena, což bude mít za následek odklonění směru proudění plynu a tím vznik turbulencí, které mohou zvýšit intenzitu přestupu tepla.

Poté, co je navinuta struktura vláken, prolijí se vlákna 1 v ohybech rámu 2 zalévací hmotou na obou stranách a tím se i fixuje celá struktura. Poté dojde k odříznutí části zalévací hmoty s vlákny 1, a tím k otevření konců vláken 1, Vznikne tak souvislý a kompaktní blok vláken 1, který je v poslední fázi svými konci vsazen a zalepen do přiváděči, resp. odváděči komory.

Tento způsob zhotovení polymemích výměníků tepla z dutých vláken má velký potenciál při jejich automatizované výrobě.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Výměník tepla pro aplikaci kapalina-plyn na bázi dutých polymemích vláken vedených mezi přiváděči a odváděči komorou, vyznačující se tím, že je tvořen na sebe položenými vrstvami dutých polymemích vláken (1) k vedení kapaliny, která jsou v každé vrstvě rovnoběžná a zachovávají pravidelné rozestupy, přičemž osy vláken (1) v jedné vrstvě svírají s osami vláken (1) v sousedních vrstvách shodný úhel (a) v rozmezí 2° až 15°.
2. Způsob zhotovení výměníku podle nároku 1, vyznačující se tím, že na otáčející se obdélníkový rám (2) se navíjí vrstva dutých polymemích vláken (1) s pravidelnými rozestupy mezi závity vlákna (1) a s určitým sklonem vůči rámu (2), poté po zaplnění rámu (2) se změní sklon vlákna (1) vůči rámu (2) a navine se další vrstva, načež po navinutí požadovaného počtu vrstev se vlákna (1) v oblastech obou ohybů kolem ramen rámu (2) zalijí ve formách zalévací hmotou, po jejímž ztuhnutí se část zalévací hmoty se zalitými vlákny odřízne, čímž se otevřou vstupy do dutých vláken (1), a takto vytvořený souvislý a kompaktní blok vláken (1) se upevní ve stěně přiváděči resp. odváděči komory.