CZ308366B6

CZ308366B6 - Teplosměnná stěna výměníku tepla, zejména pro elektrochemické baterie, a způsob její výroby

Info

Publication number: CZ308366B6
Application number: CZ2019-214A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav RAUDENSKÝ; Jan Boháček; Miroslav Kadlec; Jan INDERKA
Original assignee: Promens a.s.
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2020-06-24
Also published as: CZ2019214A3

Abstract

Teplosměnná stěna výměníku tepla určená zejména pro elektrochemické baterie s články umístěnými v rovnoběžných řadách je tvořena svazkem (10) rovnoběžně v jedné řadě uspořádaných dutých polymerních vláken (2) k vedení teplosměnného média, která jsou vzájemně propojena do pásu ztuhlou zalévací hmotou (3). Způsob výroby teplosměnné stěny spočívá v tom, že svazek (10) dutých polymerních vláken (2) uspořádaných do roviny se v n-tém kroku přetáhne přes délku dna otevřené ploché obdélníkové vstřikovací formy (11) a v ní se uzavře, načež po uzavření formy (11) se do její dutiny vstříkne zalévací hmota, po jejímž ztuhnutí se forma (11) otevře. Poté se v n+1. kroku svazek (10) polymerních vláken (2) potáhne ve stejném směru o délku formy (11) a proces se opakuje, načež se od sebe oddělí úseky teplosměnné stěny (1) vytvořené v n-tém a n+1. kroku tak, že zůstanou otevřeny průchody do dutin dutých vláken (2).

Description

Teplosměnná stěna výměníku tepla, zejména pro elektrochemické baterie, a způsob její výroby

Oblast techniky

Vynález se týká stěny výměníku tepla, určeného zejména pro elektrochemické baterie, která je opatřena kanály, jimiž proudí teplosměnné médium určené k chlazení nebo ohřevu článku baterie, a dále se vynález týká způsobů výroby takové teplosměnné stěny a výměníku tepla osazeného těmito teplosměnnými stěnami

Dosavadní stav techniky

Současné elektrochemické baterie, např baterie s lithiovými články, vyžadují udržování optimální teploty jednotlivých článků pro to, aby baterie dávala co nejvyšší výkony a její články vykazovaly co nej delší životnost. K tomu slouží výměníky tepla, které nej častěji vytvářejí v prostoru baterie strukturu teplosměnných pásu nebo stěn, v jejichž kanálech protéká teplosměnné médium. V této struktuře jsou uloženy jednotlivé články baterie, resp. řady článku tak, že je zajištěn přímý dotyk článku a teplosměnných stěn. Každý teplosměnný pás nebo stěna přitom ústí na koncích do rozdělovačích komor - přiváděči a odváděči - připojených přiváděcím a odváděcím potrubím na zdroj teplosměnné kapaliny.

Ve spisu WO 0207249 se uvádí struktura výměníku tepla určeného pro elektrochemické baterie, ve které jsou teplosměnné stěny tvořeny paralelně vzájemně uspořádanými pásy materiálu, např. plechovými pásy, které mezi sebou uzavírají kanál protékaný teplosměnným médiem Rozpěrky umístěné mezí pásy zajišťují rozteč pásu.

WO 2007076985 popisuje výměník tepla pro elektrochemické baterie, jehož základ tvoří teplosměnné stěny zhotovené hlubokým tažením materiálu.

Teplosměnná stěna zde sestává ze dvou plastových desek, resp. pásů po délce opatřených rovnoběžnými drážkami, přičemž oba pásy jsou naplocho spojeny navzájem tak, že drážky na jednom pásu spolu s protilehlými drážkami druhého pásu tvoří kanály uspořádané rovnoběžně v teplosměnné ploše. Přitom je teplosměnná stěna naformována tak, že vložena mezi dvě sousedící řady válcových článku elektrochemické baterie svým tvarem přiléhá k jednotlivým článkům obou řad.

Nevýhodou obou uvedených řešení je komplikovaný a nákladný způsob výroby, který v prvním případě vyžaduje formování tenkých plechů v několika krocích a ve druhém případě použití komplikovaného speciálního lisovacího-svařovacího zařízení ke spojení dvou prvků, které byly v předchozím kroku lisováním opatřeny drážkami a nabyly zvlněný tvar.

Vynález si klade za úkol navrhnout jednoduchou konstrukci stěny výměníku tepla, efektivní způsob její výroby a rovněž výměník tepla osazený těmito teplosměnnými stěnami s cílem podstatně snížit náklady na výrobu výměníku tepla pro elektrochemické baterie a dosáhnout při tom minimálních teplotních rozdílů mezi jednotlivými články baterie.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší teplosměnná stěna výměníku tepla s kanály, jimiž protéká teplosměnné médium, a která je určena zejména pro elektrochemické baterie s články umístěnými v rovnoběžných řadách. Její podstata spočívá v tom, že je tvořena svazkem rovnoběžně v jedné řadě uspořádaných dutých polymemích vláken k vedení teplosměnného média, která jsou

- 1 CZ 308366 B6 vzájemně propojena do pásu ztuhlou zalévací hmotou.

Dutiny polymerních vláken při tom na jednom konci ústí do přiváděči komory a na druhém konci do výstupní komory.

Pro přestup tepla mezi teplosměnnou stěnou a články baterie je žádoucí kontakt teplosměnné plochy s články na co největší ploše. Proto je teplosměnná plocha příčně zvlněna k tvarovému styku s články baterie, mezi jejichž přesazenými řadami je umístěna,

Uvedenými teplosměnnými stěnami je osazen výměník tepla pro elektrochemické baterie.

K vyrovnání množství tepla odváděného z článku v jedné řadě má proudění teplosměnného média v sousedních teplosměnných stěnách výměníku s výhodou opačný směr.

K regulaci přestupu tepla mezi teplosměnnou stěnou a jednotlivými články baterie za účelem dosažení shodné teploty článku mohou být navíc mezi teplosměnnou stěnou a jednotlivými články v řadě vloženy tepelně izolační prvky s odstupňovaným tepelným odporem.

Způsob výroby teplosměnné stěny spočívá v tom, že svazek dutých polymerních vláken uspořádaných do roviny se v n-tém kroku přetáhne přes délku dna otevřené ploché obdélníkové vstřikovací formy a v ní se uzavře, načež po uzavření formy se do její dutiny vstřikne zalévací hmota, po jejímž ztuhnutí se forma otevře, a poté se v n+1. kroku svazek polymerních vláken potáhne ve stejném směru o délku formy a proces se opakuje, načež se od sebe oddělí úseky teplosměnné stěny vytvořené v n-tém a n+1, kroku tak, že zůstanou otevřeny průchody do dutin dutých vláken.

Pro výrobu teplosměnných stěn pro baterie s válcovými články je vstřikovací forma příčně zvlněná, přičemž poloměr zakřivení tohoto zvlnění odpovídá poloměru válcových článků baterie.

Na začátek a konec odděleného úseku teplosměnné stěn se upevní přiváděči, resp. výstupní komora.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na nichž obr. 1 představuje teplosměnnou stěnu podle vynálezu přiléhající k řadě elektrochemických článků baterie a opatřenou vstupní a výstupní komorou, obr. 2 a 3 představují část výměníku tepla s teplosměnnými stěnami, která je osazena třemi řadami článku, a to na obr. 2 v bočním pohledu a na obr. 3 v půdorysu, obr. 4 je úsek teplosměnné stěny instalovaný mezí dvěma řadami článků s vloženými tepelně izolačními prvky, obr. 5 je axonometrický pohled na vstřikovací formu ke zhotovení teplosměnné stěny, obr. 6 je forma podle obr. 6 v půdorysu a obr. 7 je linka na výrobu teplosměnných stěn v axonometrickém promítání.

Příklady uskutečnění vynálezu

Teplosměnná stěna 1 výměníku tepla podle vynálezu je tvořena svazkem rovnoběžně v jedné řadě uspořádaných dutých polymerních vláken 2, která jsou vzájemné propojena do pásu ztuhlou zalévací hmotou 3. Dutiny polymerních vláken 2 představují kanály, kterými proudí teplosměnné médium. Přitom dutiny polymerních vláken 2 na jednom konci ústí do přiváděči komory 4 a na druhém konci do výstupní komory 5. Jsou-li teplosměnné stěny 1 podle vynálezu součástí výměníku tepla baterie osazené řadami válcových elektrochemických článků 6, jsou příčně zvlněny, tak aby bylo dosaženo jejich tvarového styku s jednotlivými články 6 v obou sousedících řadách.

-2CZ 308366 B6

Konstrukce výměníku tepla pro baterie osazené válcovými elektrochemickými články je zřejmá z obr. 3 a 4. Tuhé teplosměnné stěny jejichž dutá vlákna 2 ústí na jednom konci do přiváděči komory 4 a na druhém konci do výstupní komory 5 vytvářejí pevnou strukturu výměníku tepla do níž jsou vloženy články 6 baterie. Přiváděči komory 4 jsou přitom napojeny na přiváděči potrubí 7 a výstupní komory 5 na odváděči potrubí 8. Obě potrubí 7, 8 jsou napojena na zdroj teplosměnného média, který není znázorněn. Jak je zřejmé z obr. 3, má proudění teplosměnného média v sousedních teplosměnných stěnách j. výměníku opačný směr. Tímto protiproudým uspořádáním se do značné míry vyrovnává množství tepla předávaného mezi výměníkem a jednotlivými články 6 v řadě. Za účelem dosažení zcela shodného předávaného tepla na všech článcích 6 řady a tím shodné teploty článků 6 v řadě jsou mezi teplosměnnou stěnou 1 a jednotlivými články 6 v řadě vloženy tepelně izolační prvky 9 s odstupňovaným tepelným odporem.

Popsaná teplosměnná stěna 1 se zhotoví tak, že svazek 10 dutých polymemích vláken 2 uspořádaných do roviny se přetáhne přes délku dna otevřené ploché obdélníkové vstřikovací formy 11 a v ní se uzavře. Po uzavření formy 11 se do její dutiny vstříkne zalévací hmota. Po jejím ztuhnutí se forma 11 otevře, a poté se svazek 10 polymemích vláken 2 v dalším kroku potáhne o délku formy 11 a proces se opakuje. Poté se od sebe oddělí úseky teplosměnné stěny 1 vytvořené ve dvou následujících krocích tak, že zůstanou otevřeny průchody do dutin dutých vláken 2. Na začátek a konec odděleného úseku teplosměnné stěny 1 se upevní přiváděči, resp. výstupní komora 4, 5. Pro výrobu teplosměnných stěn 1 pro baterie s válcovými články 6 je vstřikovací forma 11 příčně zvlněná, jak je zřejmé z obr. 5 a 6, přičemž poloměr zakřivení tohoto zvlnění odpovídá poloměru válcových článků 6 baterie.

Výrobní linka na teplosměnné stěny j. podle vynálezu je na obr. 7. Je tvořena cívečnicí 12 s cívkami 13 s navinutými dutými polymemími vlákny 2 a s vodícími kladkami 14. Odvíjená dutá vlákna 2 jsou vedena přes hřeben 15. který zajišťuje shodné rozteče vláken 2 ve svazku 10 a jeho plochý tvar v podobě pásu. Dutá vlákna 2 jsou tažena nad dnem otevřené ploché vstřikovací formy 11. Po jejím uzavření nabude svazek 10 zvlněný tvar. Do uzavřené formy 11 se do ní z boku vstříkne zalévací. K tomu je vhodná např technologie PU-RIM, jejíž podstatou je nástřik monomemí směsi přímo do výrobní formy, kde za specifických podmínek směs rychle polymeruje. Po ztuhnutí zalévací hmoty se forma 11 otevře, manipulační zařízení 16 již vytvořený úsek teplosměnné stěny 1 spolu s navazujícím svazkem 12 vláken 2 potáhne o délku formy 11 a proces se opakuje. Dělicí zařízení 16 poté od sebe oddělí dva úseky teplosměnné plochy 1 tak, aby vstupy do dutých vláken 2 zůstaly otevřené.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Teplosměnná stěna výměníku tepla s kanály, jimiž protéká teplosměnné médium, určená zejména pro elektrochemické baterie s články umístěnými v rovnoběžných řadách, vyznačující se tím, že je tvořena svazkem (10) rovnoběžně v jedné řadě uspořádaných dutých polymemích vláken (2) k vedení teplosměnného média, která jsou vzájemně propojena do pásu ztuhlou zalévací hmotou (3).
2. Teplosměnná stěna podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutiny polymemích vláken (2) na jednom konci ústí do přiváděči komory (4) a na dmhém konci do výstupní komory (5).
3. Teplosměnná stěna podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je příčně zvlněna k tvarovému styku s válcovými články (6) baterie, mezi jejichž přesazenými řadami je umístěna.

-3 CZ 308366 B6
4. Výměník tepla pro elektrochemické baterie, vyznačující se tím, že je osazen teplosměnnými stěnami (1) podle nároku 3.
5. Výměník tepla podle nároku 4, vyznačující se tím, že proudění teplosměnného média v sousedních teplosměnných stěnách (1) má opačný směr.
6. Výměník tepla podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že mezi teplosměnnou stěnou (1) a jednotlivými články (6) v řadě jsou vloženy tepelně izolační prvky (9) s odstupňovaným tepelným odporem.
7. Způsob výroby teplosměnné stěny podle nároku 1, vyznačující se tím, že svazek (10) dutých polymemích vláken (2) uspořádaných do roviny se v n-tém kroku přetáhne přes délku dna otevřené ploché obdélníkové vstřikovací formy (11) a v ní se uzavře, načež po uzavření formy (11) se do její dutiny vstříkne zalévací hmota, po jejímž ztuhnutí se forma (11) otevře, poté se v n+1. kroku svazek (10) polymemích vláken (2) potáhne ve stejném směru o délku formy (11) a proces se opakuje, načež se od sebe oddělí úseky teplosměnné stěny (1) vytvořené v n-tém a n+1 kroku tak, že zůstanou otevřeny průchody do dutin dutých vláken (2).
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že vstřikovací forma (11) je příčně zvlněná, přičemž poloměr zakřivení tohoto zvlnění odpovídá poloměru válcových článku (6) baterie.
9. Způsob podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že se na začátek a konec odděleného úseku teplosměnné stěny (1) upevní přiváděči, resp. výstupní komora (4, 5).