PL245846B1

PL245846B1 - Mikrokanałowy dzielony wymiennik płytowy o zredukowanej masie czynnika chłodniczego

Info

Publication number: PL245846B1
Application number: PL439958A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Górnicki; Paweł Obstawski; 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: PL439958A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mikrokanałowy wymiennik płytowy zawierający płytę czołową, płytę końcową oraz co najmniej jedną płytę główną i płytę zamykającą, charakteryzujący się tym, że kolejno połączone są ze sobą płyty, takie jak płyta czołowa (1), co najmniej jedna płyta główna (2), stanowiąca płytę mikrokanałową, płyta końcowa (3), stanowiąca płytę mikrokanałową, oraz płyta zamykająca (4), przy czym płyta główna (2) i płyta końcowa (3) są podzielne płaszczyznowo w stosunku 1/3:2/3.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mikrokanałowy wymiennik płytowy z podziałem mocy grzewczej. Wynalazek dotyczy dziedziny chłodnictwa i znajduje zastosowanie w sprężarkowych układach chłodniczych jako skraplacz.

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 równoleg le 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 EP3244156A1 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. Płask a 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 kota. 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 wymiana ciepła między czynnikiem chłodniczym, a powietrzem bądź cieczą będącą medium w zależności od pracy w układzie dostarczającym lub odbierającym energię od czynnika chłodniczego. Obecnie ze względu na istotny szkodliwy wpływ na środowisko fluorowcopochodnych czynników chłodniczych, coraz 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. natural nego 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 zwię kszony, 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 mikrokana łowego płytowego wymiennika ciepła umożliwiającej redukcję masy ekologicznego czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym przy zapewnieniu wysokiej efektywności procesu wymiany ciepła między czynnikiem chło dniczym, 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 zawierający płytę czołową, płytę końcową oraz co najmniej jedną płytę główną i płytę zamykającą, charakteryzujący się tym, że kolejno połączone są ze sobą płyty: płyta czołowa, co najmniej jedna płyta główna, stanowiąca płytę mikrokanałową, płyta końcowa, stanowiąca płytę mikrokanałową, oraz płyta zamykająca, przy czym płyta główna i płyta końcowa są podzielne płaszczyznowo w stosunku 1/3:2/3, i płyta czołowa zawiera w górnej części płyty czołowej dwa pierwsze króćce przyłączeniowe, dwa drugie króćce przyłączeniowe w dolnej części płyty czołowej, i dwa trzecie króćce przyłączeniowe w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej i płyty końcowej, nato miast 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, i w narożu części płyty głównej i płyty końcowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu 1/3 płyty głównej i płyty końcowej wykonany jest otwór, i narożniku części płyty głównej i płyty końcowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu 2/3 płyty głównej i płyty końcowej wykonany jest otwór, 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 zamocowane są zaślepki, natomiast wewnątrz płyty głównej i płyty końcowej naprzemiennie wykonane są mikrokanały i rowki wodne, zaś mikrokanały połączone są ze szczelinami 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.

W korzystnej realizacji wynalazku wymiennik zawiera nie więcej niż 100 płyt głównych.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, górnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, dolnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, górnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, dolnym narożu płyty czołowej zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

W korzystnej realizacji wynalazku w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej i płyty końcowej w 1/3 części zamocowany jest króciec przyłączeniowy.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, górnym narożu płyty głównej wykonany jest pierwszy otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, dolnym narożu płyty głównej wykonany jest drugi otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, górnym narożu płyty końcowej wykonany jest pierwszy otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w lewym, dolnym narożu płyty końcowej wykonany jest drugi otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, górnym narożu płyty końcowej wykonany jest trzeci otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, górnym narożu płyty głównej wykonany jest trzeci otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, dolnym narożu płyty głównej wykonany jest czwarty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w prawym, dolnym narożu płyty końcowej wykonany jest czwarty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej w 1/3 części w prawym dolnym narożu wykonany jest szósty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty końcowej w 1/3 części w prawym dolnym narożu wykonany jest szósty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej w 2/3 części w prawym narożu wykonany jest piąty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku w części płyty czołowej odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty końcowej w 2/3 części w prawym górnym narożu wykonany jest piąty otwór.

W korzystnej realizacji wynalazku kołnierze zamocowane są wokół otworów czwartego i piątego w płycie głównej i w płycie końcowej.

W korzystnej realizacji wynalazku otwory w płycie głównej i w płycie końcowej dopasowane są do rozmieszczania króćców przyłączeniowych w płycie czołowej.

W korzystnej realizacji wynalazku szczeliny wykonane są wewnątrz pierwszego otworu i drugiego otworu w płycie głównej i w płycie końcowej.

W korzystnej realizacji wynalazku szczeliny są wykonane do wysokości równej połowie otworu.

W korzystnej realizacji wynalazku zaślepki w płycie końcowej zamocowane są w pierwszym otworze i drugim otworze.

W korzystnej realizacji wynalazku płyty połączone są ze sobą za pomocą lutu twardego wykonanego spoiną o zawartości srebra > 45%.

W korzystnej realizacji wynalazku dystans pomiędzy połączonymi ze sobą płytami wynosi 1 mm.

W korzystnej realizacji wynalazku kształt przekroju poprzecznego mikrokanałów stanowi prostokąt.

W korzystnej realizacji wynalazku stosunek długości boków wewnętrznych prostokąta wynosi a/b=1,35 ± 0,2.

W korzystnej realizacji wynalazku prostokąt posiada wymiary wewnętrzne 1,34 x 1,0 mm.

Mikrokanałowy wymiennik płytowy z możliwością podziału mocy grzewczej na obieg centralnego ogrzewania (CO) i ciepłej wody użytkowej (CWU) złożony jest z czterech podstawowych elementów: płyty czołowej, płyty głównej, płyty końcowej oraz płyty zamykającej. W płycie czołowej o grubości 1 mm znajduje się sześć króćców przyłączeniowych umożliwiających podłączenie strony pierwotnej wymiennika do układu gazowego i wtórnej wymiennika do układu wodnego (układu odbioru ciepła). Układ wodny stanowi układ odbioru ciepła (strona wtórna wymiennika), który należy podłączyć do króćców przyłączeniowych A i B, przy czym zasobnik ciepłej wody użytkowej (CWU) należy podłączyć do króćców A1-A2, natomiast układ centralnego ogrzewania (CO) należy podłączyć do króćców B1 i B2 (fig. 1).

Wymiennik został zaprojektowany do pracy w układzie przeciwprądowym, zatem zasilanie zasobnika CWU należy podłączyć do króćca przyłączeniowe go A1, a powrót z zasobnika CWU należy podłączyć do króćca przyłączeniowego A2. Zasilanie obiegów CO należy podłączyć do króćca przyłączeniowego B 1, natomiast powrót obiegów grzewczych CO podłącza się do króćca przyłączeniowego B2. Stronę gazową (storna pierwotna wymiennika) należy podłączyć do kruccy przyłączeniowych C o średnicy DN 22mm, przy czym zasilanie strony gazowej (strony pierwotnej) wymiennika powinno być zrealizowane za pomocą króć ca przyłączeniowego C1, a zasilanie układu chłodniczego z wymiennika (zasilenie odbiornika) powinno być zrealizowane za pomocą króćca przyłączeniowego C2. Króćce przyłączeniowe C1 i C2 są zintegrowane z płytą główną i umożliwiają podłączenie układu chłodniczego za pomocą lutu twardego z wykorzystaniem spoiwa o zawartośc i srebra > 45%, lub za pomocą połączenia rozłącznego - kształtka mosiężna z gwintem wewnętrznym. Króćce przyłączeniowe A1, A2, B1, B2 są zintegrowane z płytą główną i umożliwiają podłączenie układu wodnego (A1, A2 - CWU; B1, B2 - CO) za pomocą lutu twardego z wykorzystaniem spoiwa o zawartości srebra > 45%, lub za pomocą połączenia rozłącznego - kształtka mosiężna z gwintem wewnętrznym (półśrubunek). 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 o średnicy DN 28 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 główna i płyta końcowa wymiennika charakteryzują się tym, że wewnątrz tych płyt znajdują się mikrokanały o przekroju prostokątnym i wymiarze wewnętrznym 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. W celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła w płycie głównej jak i w płycie końcowej znajdują się rowki wodne, którymi płynie medium robocze obmywające mikrokanały. W płycie głównej znajduje się sześć otworów. Cztery otwory o średnicy DN 28 mm oraz dwa otwory o średnicy DN 22 mm. Otwory o średnicy DN 28 mm umożliwiają przepływ wody po obu stronach płyty głównej i w przypadku rozbudowy wymiennika o kolejne płyty główne umożliwiają przepływ wody w celu odbioru lub dostarczania mocy do kolejnych płyt wymiennika. Otwory o średnicy DN 22 mm, w których znajduje się szczelina w przypadku rozbudowy wymiennika o kolejne płyty główne umożliwiają przepływ czynnika chłodniczego do mikrokanałów znajdujących się w pozostałych płytach. Zasilenie mikrokanałów znajdujących się w płycie głównej odbywa się poprzez szczelinę znajdującą się w otworze o rozmiarze DN 22 mm. W celu ukierunkowanego przepływu czynnika chłodniczego szczelina ta jest w połowie zaślepiona. Równomierny przepływ czynnika chłodniczego do mikrokanałów jest realizowany poprzez wypusty znajdujące się w rozdzielaczu wewnątrz płyty głównej. Separacja strony gazowej od strony wodnej wymiennika realizowana jest za pomocą kołnierzy znajdujących się wokół otworów gazowych w płycie głównej o średnicy DN 22 mm. Płyta końcowa zbudowana jest identycznie jak płyta główna, natomiast w płycie końcowej otwory gazowe o średnicy DN 22 mm są zaślepione, 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 czynnikam i palnymi lub lekko palnymi w tym ekologicznymi czynnikami chłodniczymi, a w szczególności w sprężarkowych pompach ciepła przeznaczonych do zasilania instalacji centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. 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 > 20kW w zależności od konstrukcji układu chłodniczego możliwa jest redukcja masy czynnika chłodniczego w układzie do wartości < 150 g na 1 kW mocy. Zaletą mikrokanałowego płytowego wymiennika ciepła jest również możliwość równoległego zasilania ciepłem „wysokotemperaturowym” zasobnika ciepłej wody użytkowej (ZCWU), podczas gdy ciepłem „niskotemperaturowym” zasilany jest obieg centralnego ogrzewania (CO). Kolejną zaletą opracowanej konstrukcji mikrokanałowego wymiennika ciepła zastosowanego w układzie chłodniczym jako skraplacz jest uzyskanie bardzo dużego współczynnika mocy tj. średnio 1 kW mocy grzewczej w obiegu CO przy masie czynnika chłodniczego wynoszącej 0,35 g, a w obiegu CWU 1 kW mocy przy masie propanu wynoszącej 2,2 g. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem kolejną zaletą jest średnia wartość współczynnika przenikania ciepła płyty głównej wymiennika (dla analizowanych przypadków), która wyniosła 20000 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 mikrokana łowy wymiennik płytowy w widoku aksonometrycznym złożony z czterech płyt, fig. 2 przedstawia płytę czołową w widoku z przodu z góry oraz z dwóch boków, fig. 3 przedstawia płytę główną w widoku z przodu, góry i z boku, fig. 4 przedstawia płytę końcową w widoku z przodu z góry 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 część płyty głównej uwidaczniający mikrokanały, fig. 8 przedstawia część płyty głównej z uwidocznieniem szczeliny zasilającej mikrokanały, fig. 9 przedstawia część płyty końcowej z uwidocznieniem szczeliny zasilającej mikrokanały oraz zaślepkę, fig. 10 przedstawia przekrój poprzeczny kompletnego mikrokanałowego wymiennika ciepła, fig. 11 przedstawia widok wymiennika złożonego z dziesięciu płyt głównych, fig. 12 przedstawia gradient między temperaturą wlotową a wylotową czynnika chłodniczego w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 13 przedstawia gradient między temperaturą wlotową a wylotową obiegu CWU w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 14 przedstawia gradient temperatury między wylotem a wlotem obiegu CO w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 15 przedstawia moc wymiennika w obiegu CWU w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 16 przedstawia moc wymiennika w obiegu CO w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 17 przedstawia średnią wartość współczynnika transferu ciepła płyty głównej w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 18 przedstawia średnią wartość współczynnika transferu ciepła płyty końcowej w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 19 przedstawia średnią wartość strumienia ciepła płyty głównej w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU, fig. 20 przedstawia średnią wartość strumienia ciepła płyty końcowej w funkcji przepływu masowego wody w obiegu CWU.

Przedmiot wynalazku przedstawiony w przykładach wykonania i na figurach nie jest w żaden sposób ograniczony do określonych w przykładzie wymiarów wykorzystywanych mikrokanałów, czy też standaryzowanych rozmiarów otworów DN22 lub DN28. Zgodnie z wynalazkiem istnieje możliwość zastosowania innych, dostępnych króćców przyłączeniowych, bądź wykonania innych rozmiarów otworów itp. z zachowaniem odpowiednich proporcji według wynalazku.

Przykład 1

Mikrokanałowy wymiennik płytowy został zaprojektowany do pracy w układzie przeciwprądowym i składa się z czterech kolejno połączonych ze sobą płyt tj. płyty czołowej 1, mikrokanałowej płyty głównej 2, mikrokanałowej płyty końcowej 3 oraz płyty zamykającej 4, przy czym każda z płyt, tj. płyta główna 2 i płyta końcowa 3, podzielona jest na dwie części, o podziale 1/3 (krótsza część) do 2/3 (dłuższa część) niezależnie od jej długości całkowitej, przy czym płyty 1 -4 połączone są ze sobą za pomocą lutu twardego o zawartości srebra > 45%, a dystans pomiędzy połączonymi ze sobą płytami 1-4 wynosi 1 mm. Wspomniana liczba płyt głównych (płyta 2), nie stanowi liczby ograniczającej przykładową konstrukcję. W zależności od potrzeb użytkowych wymiennik może zawierać ich więcej. W płycie czołowej 1 jest wykonanych sześć króćców przyłączeniowych. Układ odbioru ciepła (układ wodny; strona wtórna wymiennika) obejmuje układ dwóch króćców przyłączeniowych A1 i A2 o średnicy DN 28 mm oraz układ dwóch króćców przyłączeniowych B1 i B2 o średnicy DN 28 mm. Króciec przyłączeniowy A2 (wylot) jest zamocowany w prawym, dolnym narożu krótszej części płyty czołowej 1, zaś króciec przyłączeniowy A1 jest zamocowany w prawym, górnym narożu krótszej części płyty czołowej 1. Króciec przyłączeniowy B2 jest zamocowany w prawym, dolnym narożu dłuższej części płyty czołowej 1, zaś króciec przyłączeniowy B1 jest zamocowany w prawym, górnym narożu dłuższej części płyty czołowej 1. Układ dostarczania ciepła (układ gazowy; strona pierwotna wymiennika) obejmuje układ króćców przyłączeniowych C1 i C2 o średnicy DN 22 mm. Króciec przyłączeniowy C 1 jest zamocowany w lewym, dolnym narożu dłuższej części płyty czołowej 1, zaś króciec przyłączeniowy C2 jest zamocowany w lewym, górnym narożu krótszej części płyty czołowej 1. W płycie głównej 2 wykonanych jest sześć otworów, które dopasowane są do rozmieszczania króćców przyłączeniowych zamocowanych do płyty czołowej 1. Pierwszy otwór 5 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm wykonany jest w lewym, górnym narożu krótszej części płyty głównej 2, natomiast drugi otwór 6 o średnicy wewnętrznej DN 22 mm wykonany jest w lewym, dolnym narożu dłuższej części płyty głównej 2. Trzeci otwór 7 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, górnym narożu krótszej części płyty głównej 2, a czwarty otwór 8 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, dolnym narożu krótszej części płyty głównej 2, zaś piąty otwór 9 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, górnym narożu dłuższej części płyty głównej 2, a szósty otwór 10 o średnicy wewnętrznej DN 28 mm wykonany jest w prawym, dolnym narożu dłuższej części płyty głównej 2. W płycie końcowej 3 wykonanych jest sześć identycznych otworów 5-9 o takim samym rozmieszczeniu jak w płycie głównej 2. Wokół otworów 8 i 9 o średnicy DN 22 mm zarówno w płycie głównej 2 jak i w płycie końcowej 3 zamocowane są kołnierze 12. Do każdej płyty głównej 2 i płyty końcowej 3 zamocowany jest obwodowo kołnierz dystansujący 13. W kształcie prostokąta i wymiarach wewnętrznych 1,34 x 1,0 mm (stosunek długości boków wewnętrznych prostokąta wynosi a/b= 1,35 ± 0,2), które są ze sobą połączone za pomocą rozdzielacza 16, zaś pomiędzy połączonymi ze sobą mikrokanałami 17 na zewnętrznej powierzchni płyty głównej 2 i płyty końcowej 3 naprzemiennie wykonane są rowki wodne 18. Wewnątrz pierwszego otworu 5 i drugiego otworu 6 zarówno w płycie głównej 2 jak i w płycie końcowej 3 wykonana jest szczelina 15 o wysokości równej połowie średnicy otworu. W rozdzielaczu 16 wewnątrz płyty głównej 2 i wewnątrz płyty końcowej 3 wykonane są wypusty 11, które to wypusty 11 połączone są z mikrokanałami 17 i szczelinami 15. Pierwszy otwór 5 i drugi otwór 6 w płycie końcowej 3 są całkowicie zaślepione zaślepkami 14, które uniemożliwiają dalszy przepływ czynnika chłodniczego między płytą końcową 3, a płytą zamykającą 4.

Przykład 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.

Przykład 3

Badania symulacyjne wykonano z wykorzystaniem oprogramowania Solid Works i biblioteki Flow Simulations. W oprogramowaniu Solid Works został opracowany model wymiennika a następnie przy pomocy biblioteki Flow Simulations dokonano bada ń symulacyjnych przy stałym przepływie masowym propanu R290 jako czynnika chłodniczego zasilającego stronę pierwotną wymiennika i różnych przepływach masowych wody zasilającego stronę wtórna wymiennika. Cel em prowadzonych badań weryfikacyjnych była analiza wpływu przepływu masowego wody po stronie wtórnej wymiennika w obiegu CO i CWU na uzyskaną moc przy zasileniu strony pierwotnej wymiennika 8 g propanu - R290.

PL 245846 Β1

Tabela 1. Wyniki badań symulacyjnych mikrokanałowego wymiennika płytowego

Przepływ masowy propanu [kg/s]	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33
Przepływ masowy wody w instalacji CO [kg/s]	0,83	0,83	0,83	0,83	0,83	0,83	0,83	0,83	0,83
Przepływ masowy wody w instalacji CWU [kg/s]	0,16	0,25	0,33	0,41	0,5	0,58	0,66	0,75	0,83
Masa propanu [kg]	0,008	0,008	0,008	0,008	0,008	0,008	0,008	0,008	0,008
Prędkość przepływu wody w instalacji CWU [m/s]	0,27	0,41	0,55	0,68	0,83	0,96	1,09	1,24	1,37
Gradient między temperaturą wylotową a wlotową czynnika chłodniczego [°C]	10,66	10,71	10,81	10,94	11,04	11,12	11,18	11,22	11,26
Gradient między temperaturą wylotową a wlotową wody w obiegu CWU \|°C]	2,13	1,71	1,55	1,50	1,45	1,39	1,30	1,22	1,15
Gradient między temperaturą wylotową a wlotową wody w obiegu CO [°C]	6,75	6,70	6,62	6,54	6,46	6,41	6,37	6,33	6,30
Mcc wymiennika w obiegu CWU [W]	2538,89	2976,65	3526,18	4109,81	4743,14	5220,58	5567,89	5874,65	6092,93
Moc wymiennika w obiegu CO [W]	26847,34	26546,99	26167,99	25740,37	25299,53	25012,03	24792,85	24594,81	24444,67
Średnia wartość współczynnika transferu ciepła płyty głównej [W/m²/K]	16182,88	21725,84	13510,44	14300,11	13998,85	34466,21	26159,63	19335,84	23998,85
Średnia wartość współczynnika transferu ciepła płyty końcowej [W/m²/K]	43509,36	36312,93	23320,30	18998,60	17176,56	18741,86	21711,41	37862,38	15526,20
Średnia wartość strumienia ciepła płyty głównej [W/m²]	915,44	908,49	891,57	882,34	874,41	864,85	855,81	852,70	852,94
Średnia wartość strumienia ciepła płyty końcowej [W/m²]	1069,36	1046,03	1009,11	978,81	956,47	947,87	941,60	930,38	918,70

Claims

1. Mikrokanałowy wymiennik płytowy zawierający płytę czołową, płytę końcową oraz co najmniej jedną płytę główną i płytę zamykającą, znamienny tym, że kolejno połączone są ze sobą płyty: płyta czołowa (1), co najmniej jedna płyta główna (2), stanowiąca płytę mikrokanałową, płyta końcowa (3), stanowiąca płytę mikrokanałową, oraz płyta zamykająca (4), przy czym płyta główna (2) i płyta końcowa (3) są podzielne płaszczyznowo w stosunku 1/3:2/3, i płyta czołowa (1) zawiera w górnej części płyty czołowej (1) dwa pierwsze króćce przyłączeniowe (C2, A1), dwa drugie króćce przyłączeniowe (C1, B2) w dolnej części płyty czołowej (1), i dwa trzecie króćce przyłączeniowe (A2, B2) w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej (2) i płyty końcowej (3), natomiast w górnej części płyty głównej (2) wykonane są dwa otwory (5, 7), a dwa kolejne otwory (6, 10) wykonane są w dolnej części płyty głównej (2), a w górnej części płyty końcowej (3) wykonane są dwa otwory (5, 7), zaś dwa kolejne otwory (6, 10) wykonane są w dolnej części płyty końcowej (3), i w narożu części płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu 1/3 płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) wykonany jest otwór (8), i narożniku części płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu 2/3 płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) wykonany jest otwór (9), przy czym wokół co najmniej dwóch otworów w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3) zamocowane są kołnierze (12), a w co najmniej dwóch otworach w płycie końcowej (3) zamocowane są zaślepki (14), natomiast wewnątrz płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) naprzemiennie wykonane są mikrokanały (17) i rowki wodne (18), zaś mikrokanały (17) połączone są ze szczelinami (15) za pomocą wypustów (11) wykonanych w rozdzielaczu (16), przy czym szczeliny (15) 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 (13).

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 (C2).

4. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (C1).

5. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (A1).

6. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, dolnym narożu płyty czołowej (1) zamocowany jest króciec przyłączeniowy (B2).

7. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej (2) i płyty końcowej (3) w 1/3 części zamocowany jest króciec przyłączeniowy (A2, B1).

8. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, górnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest pierwszy otwór (5).

9. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest drugi otwór (6).

10. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, górnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest pierwszy otwór (5).

11. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w lewym, dolnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest drugi otwór (6).

12. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest trzeci otwór (7).

13. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, górnym narożu płyty głównej (2) wykonany jest trzeci otwór (7).

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

15. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w prawym, dolnym narożu płyty końcowej (3) wykonany jest czwarty otwór (10).

16. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej (2) w 1/3 części w prawym dolnym narożu wykonany jest szósty otwór (8).

17. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty końcowej (3) w 1/3 części w prawym dolnym narożu wykonany jest szósty otwór (8).

18. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty głównej (2) w 2/3 części w prawym narożu narożu wykonany jest piąty otwór (9).

19. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w części płyty czołowej (1) odpowiadającej podziałowi płaszczyznowemu płyty końcowej (3) w 2/3 części w prawym górnym narożu wykonany jest piąty otwór (9).

20. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierze (12) zamocowane są wokół otworów (8) i (9) w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3).

21. 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).

22. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny (15) wykonane są wewnątrz pierwszego otworu (5) i drugiego otworu (6) w płycie głównej (2) i w płycie końcowej (3).

23. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny (15) są wykonane do wysokości równej połowie otworu.

24. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że zaślepki (14) w płycie końcowej (3) zamocowane są w pierwszym otworze (5) i drugim otworze (6).

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

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

27. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że kształt przekroju poprzecznego mikrokanałów (17) stanowi prostokąt.

28. Wymiennik według zastrz. 27, znamienny tym, że stosunek długości boków wewnętrznych prostokąta wynosi a/b=1,35 ± 0,2.

29. Wymiennik według dowolnego z zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że prostokąt posiada wymiary wewnętrzne 1,34 x 1,0 mm.