PL197643B1 - Urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej - Google Patents

Abstract

Urządzenie do samorzutnego przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej wykonane w postaci obiegu zamkniętego, częściowo wypełnionego cieczą, zawierającego podnośną i opadową gałąź, grzejnik, chłodnicę, kanał pośredni i zamknięcie cieczowe łączące podnośną z opadową częścią obiegu, mające naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym ciepłym i naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym zimnym, przy czym w naczyniu zbiorczym ciepłym w dolnej części znajduje się wejście gałęzi opadowej, a powyżej znajduje się zamknięcie cieczowe złożone z naczynia dozującego i rury przepustowej oraz wyjście kanału pośredniego w kształcie litery "U", a w naczyniu zbiorczym zimnym w dolnej części znajduje się wejście kanału pośredniego, a powyżej wyjście gałęzi podnośnej oraz wyjście rury przepustowej zamknięcia cieczowego i wejście rury zlewnej, która drugim końcem dołączona jest do naczynia zlewnego przy czym korzystnie wszystkie elementy obiegu mające rozłączne złącza umieszczone są w zbiornikach wypełnionych uszczelniającym ciekłym czynnikiem roboczym; mające wyjście gałęzi podnośnej usytuowane powyżej poziomu wejścia gałęzi opadowej, a górna krawędź naczynia dozującego oraz wyjście kanału pośredniego są usytuowane pomiędzy poziomem wyjścia gałęzi podnośnej, a wejściem gałęzi opadowej, natomiast wyjście kanału pośredniego jest usytuowane powyżej górnej krawędzi naczynia dozującego, a wejście rury zlewnej jest usytuowane pomiędzy wyjściem gałęzi podnośnej a poziomem wyjścia kanału pośredniego według patentu nr 195 490, znamienne tym, że do górnej części rury zlewnej (15) między naczyniem zimnym (4) a naczyniem zlewnym (16) zamocowany jest pojemnik (22) do gromadzenia gazów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej, które może być stosowane w różnych dziedzinach gospodarki, tam gdzie istnieje potrzeba ogrzewania niżej położonych obiektów jak np. gruntu pod szosą, pod pasem startowym lotniska czy w inspektach, jak również do przekazywania ciepła od kolektora słonecznego do zbiornika usytuowanego na dole, do ogrzewania ciekłego palnego gazu w magazynach podziemnych, do mieszania wody w jeziorach i stawach itp.

Według patentu nr 195 490 jedna z odmian urządzenia do samorzutnego przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej ma naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym ciepłym i naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym zimnym, a kanał pośredni wykonany jest w kształcie litery U. W naczyniu zbiorczym ciepłym w dolnej części znajduje się wejście gałęzi opadowej, a powyżej znajduje się zamknięcie cieczowe złożone z naczynia dozującego i rury przepustowej, a także wyjście kanału pośredniego. W naczyniu zbiorczym z zimnym czynnikiem roboczym w dolnej części znajduje się wejście kanału pośredniego, a powyżej znajduje się wyjście gałęzi podnośnej oraz wyjście rury przepustowej zamknięcia cieczowego i wejście rury zlewnej, która drugim końcem dołączona jest do naczynia zlewnego. Wszystkie elementy obiegu mające rozłączne złącza umieszczone są w zbiornikach wypełnionych uszczelniającym ciekłym czynnikiem roboczym.

W urządzeniu tym wyjście gałęzi podnośnej jest usytuowane powyżej poziomu wejścia gałęzi opadowej, a górna krawędź naczynia dozującego oraz wyjście kanału pośredniego są usytuowane pomiędzy poziomem wyjścia gałęzi podnośnej a wejściem gałęzi opadowej, natomiast wyjście kanału pośredniego jest usytuowane powyżej górnej krawędzi naczynia dozującego. Wejście rury zlewnej jest usytuowane pomiędzy wyjściem gałęzi podnośnej a poziomem wyjścia kanału pośredniego.

Według wynalazku do górnej części rury zlewnej między naczyniem zimnym a naczyniem zlewnym zamocowany jest pojemnik do gromadzenia gazów.

Urządzenie według wynalazku poprzez zastosowanie pojemnika na gaz pozwala na samorzutne ustalenie i trwałe utrzymywanie podciśnienia w urządzeniu bez konieczności usuwania powietrza, które przedostało się do wnętrza urządzenia na skutek nieszczelności obiegu.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym urządzenie w schemacie ogólnym.

Urządzenie według wynalazku ma gałęzie: opadową - ciepłą 1 i podnośną - zimną 2, w górnych częściach których usytuowano odpowiednio naczynie zbiorcze ciepłe 3 i naczynie zbiorcze zimne 4. Urządzenie ma także kanał pośredni 5 wykonany w kształcie litery U, a w naczyniu zbiorczym ciepłym 3 umieszczone jest zamknięcie cieczowe, które składa się z naczynia dozującego 6 i rury przepustowej 7. Źródło ciepła 8 ogrzewa naczynie zbiorcze ciepłe 3 a w dolnej części obiegu znajduje się chłodnica 9. W naczyniu zbiorczym ciepłym 3 usytuowane jest wejście 10 gałęzi opadowej 1, wyjście 12 kanału pośredniego 5 oraz zaniknięcie cieczowe 6 i wejściowa część rury przepustowej 7. W naczyniu zbiorczym zimnym 4 usytuowane jest wejście 13 kanału pośredniego 5, wyjście 11 gałęzi podnośnej 2, wyjście 14 rury przepustowej 7 oraz wejście 17 rury zlewnej 15. Rura zlewna 15 drugim swoim końcem dołączona jest do naczynia zlewnego 16 usytuowanego poniżej. Zapewnia to automatyczne zlewanie nadmiaru cieczy, która może być doprowadzona do urządzenia przy początkowym wypełnianiu lub w trakcie pracy urządzenia. Rozłączne złącza obiegu umieszczone są w zbiornikach 18 wypełnionych uszczelniającym ciekłym czynnikiem roboczym 21. Wewnątrz urządzenia znajduje się ciekły czynnik roboczy 19 oraz jego para 20. Do górnej części rury zlewnej 15 między naczyniem zimnym 4 a naczyniem zlewnym 16 zamocowany jest pojemnik 22 do gromadzenia gazów. Na wyjściu rury zlewnej 15 umieszczonej w naczyniu zlewnym 16 zamontowany jest zawór oraz syfon 23 lub podatna ścianka.

Podczas działania urządzenia w ciepłej stronie obiegu poziom cieczy cyklicznie waha się od poziomu krawędzi naczynia dozującego 6 do dołu i z powrotem, przy czym dolny poziom określa się tym, jak wyregulowane jest zamknięcie cieczowe.

Poziom ciekłego czynnika roboczego w zimnej stronie obiegu waha się wraz z wahaniem ciekłego czynnika roboczego w ciepłej stronie obiegu, ale tu poziom nie powinien obniżać się poniżej poziomu wyjścia 12 kanału pośredniego 5, aby mieć możliwość do grawitacyjnego zlewu cieczy do naczynia zbiorczego ciepłego 3 przez kanał pośredni 5.

Wejście 10 do gałęzi opadowej 1 umieszczone jest w dolnej części naczynia zbiorczego 3 ciepłego, a wejście 13 do kanału pośredniego usytuowane jest w dolnej części naczynia zbiorczego zimPL 197 643 B1 nego 4. Zapewnia to właściwy kierunek przepływu ciepłej cieczy w gałęzi opadowej i w dół do chłodnicy 9, a zimnej cieczy też w dół przez kanał pośredni 5 do górnej części ciepłej strony obiegu.

Wyjście 11 z gałęzi podnośnej 2 do naczynia zbiorczego zimnego 4, jest usytuowane wyżej od poziomu wejścia 10 do gałęzi opadowej 1. Górna krawędź naczynia dozującego 6 oraz wyjście 12 z kanału pośredniego 5 do naczynia zbiorczego ciepłego 3 umieszczone są między wyjściem 11 z gałęzi podnośnej 2 do naczynia zbiorczego zimnego 4 a poziomem wejścia 10 do gałęzi opadowej 1, przy czym wyjście 12 z kanału pośredniego 5 jest usytuowane wyżej niż krawędź górna naczynia dozującego 6.

Konstrukcja taka stwarza warunki do cyklicznego wahania cieczy ciepłej od poziomu krawędzi naczynia dozującego 6 w dół oraz cieczy zimnej od poziomu wyjścia z kanału pośredniego 5 w górę, tj. powyżej poziomu krawędzi naczynia dozującego 6. A samym zapewnia się jednokierunkowy przepływ cieczy w obiegu zamkniętym oraz możliwość wypełnienia naczynia dozującego 6.

Realizację tych możliwości uzyskuje się pod warunkiem utrzymania właściwych granic wahania poziomów ciepłej i zimnej cieczy oraz pod warunkiem właściwego otwierania zamknięcia cieczowego. Te warunki są następujące.

Urządzenie jest wypełnione ciekłym czynnikiem roboczym 19 w takiej ilości, aby wypełnić naczynie zbiorcze 3 wraz z gałęziami opadową 1 i podnośną 2 do poziomu górnej krawędzi naczynia dozującego 6, w trakcie pracy jest to maksymalny poziom cieczy w naczyniu zbiorczym ciepłym 3 i jednocześnie naczynie zbiorcze zimne 4 z kanałem pośrednim 5 do poziomu wyjścia 12 z kanału pośredniego 5. Gwarantuje to grawitacyjny zlew nadmiaru cieczy z naczynia zbiorczego zimnego 4 do naczynia zbiorczego ciepłego 3 a także do naczynia dozującego 6.

Do urządzenia dostarcza się ciekłego czynnika roboczego 19 w takiej ilości, aby nie przekroczył w naczyniu zbiorczym 13 poziomu górnej krawędzi naczynia dozującego 6 i jednocześnie w naczyniu zbiorczym zimnym 4 poziomu wyjścia 11 z gałęzi podnośnej 2. Jakikolwiek dalszy nadmiar cieczy może spowodować w czasie pracy przekroczenie poziomu wyjścia 11 z gałęzi podnośnej 2, a więc może doprowadzić do niepożądanego powrotnego przepływu zimnego czynnika roboczego 19 przez obydwie gałęzie obiegu i chłodnicę 9, co nie odpowiada celowi pracy urządzenia.

Zamknięcie cieczowe wyregulowane jest w taki sposób, że różnica ciśnień w naczyniach zbiorczych ciepłym 3 i zimnym 4, przy którym zamknięcie cieczowe otwiera się, powoduje podniesienie cieczy od poziomu górnej krawędzi naczynia dozującego 6 do poziomu wyjścia 11 z gałęzi podnośnej 2. To zapewnia przetłoczenie cieczy do naczynia zbiorczego zimnego 4. Razem z tym różnica ciśnień, przy którym zamknięcie cieczowe otwiera się, jest nie wyższa niż taka, która spowoduje w trakcie pracy w naczyniu zbiorczym zimnym 4 przekroczenie ciekłym czynnikiem roboczym poziomu wyjścia 11 gałęzi podnośnej 2. Uniemożliwia to powrotny przepływ cieczy przez gałąź podnośną 2 i opadową 1 obiegu cyrkulacyjnego.

Wejście 17 z naczynia zbiorczego zimnego 4 do rury zlewnej 15 usytuowane jest poniżej wyjścia 11 z gałęzi podnośnej 2 ale powyżej poziomu wyjścia 12 z kanału pośredniego 5. To zapewnia, że zlew nie spowoduje wydalenia zbyt dużej ilości cieczy z obiegu cyrkulacyjnego oraz nie dopuści do zgromadzenia się cieczy ponad poziom wyjścia 11 z gałęzi podnośnej 2.

Różnica ciśnień w naczyniach zbiorczych ciepłym 3 i zimnym 4, przy którym zamknięcie cieczowe otwiera się, jest nie większa niż ta, która w czasie pracy spowoduje wyciśnięcie cieczy do naczynia zbiorczego 4 powyżej poziomu wejścia 17 do rury zlewnej 15.

Kanał pośredni 5 jest wykonany w kształcie litery U. Głębokość kanału od jego wyjścia 12 do najniższego punktu kanału jest nie mniejsza niż taka, aby w momencie otwarcia zamknięcia cieczowego pod działaniem nadmiaru ciśnienia w naczyniu zbiorczym ciepłym 3 przez kanał pośredni 5 nie przeszła para czynnika roboczego 20.

Rozłączne złącza obiegu mogą być umieszczone w zbiornikach 18 wypełnionych uszczelniającym ciekłym czynnikiem roboczym 21 w sposób zapewniający usytuowanie złącz pod poziomem uszczelniającego czynnika roboczego 21, aby w przypadku podciśnienia, na przykład dla wody w temperaturach poniżej 100°C, zastąpić niepożądane przenikanie powietrza na dopływ tego samego czynnika roboczego, które nie szkodzi procesom skraplania pary w naczyniu zbiorczym 4. Oprócz tego powstający nadmiar cieczy w urządzeniu może być wyprowadzony z obiegu, na przykład przez rurę zlewną 15.

Do górnej części rury zlewnej 15 między naczyniem zimnym 4 a naczyniem zlewnym 16 zamocowany jest pojemnik 22 do gromadzenia gazów. To pozwala na bardziej trwałe utrzymywanie podciśnienia w urządzeniu bez wypompowywania powietrza, które trafiło do wnętrza urządzenia jako roz4

PL 197 643 B1 puszczone w cieczy lub na skutek nieszczelności. Pojemnik 16, do którego zlewa się nadmiar cieczy ma syfon lub podatną - giętką ściankę, a wysokość rury zlewnej 15 jest wystarczająca do powstania podciśnienia w górnej części obiegu pod działaniem ciężaru słupa cieczy w rurze.

Naczynie zlewne 16 może być odizolowane od otoczenia lub nie i w tym przypadku naczynie powinno być odpowiednio usytuowane, aby zrównoważyć ciśnienie atmosferyczne, ciśnienie wewnątrz urządzenia oraz ciśnienie, które wywiera słup cieczy w rurze zlewnej 15. Dla tych cieczy, których ciśnienie nasycenia w temperaturach roboczych jest poniżej atmosferycznego na przykład dla wody w temperaturach poniżej 100°C, zapewnia to możliwość samorzutnego utrzymywania podciśnienia w urządzeniu.

Zawór 23 pozwala na całkowite wypełnienie urządzenia cieczą, a po otwarciu zaworu 23 w urządzeniu samoistnie powstanie podciśnienie. W związku z tym nadmiar cieczy spłynie do naczynia zlewnego 16.

Claims (1)

1. Urządzenie do samorzutnego przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej wykonane w postaci obiegu zamkniętego, częściowo wypełnionego cieczą, zawierającego podnośną i opadową gałąź, grzejnik, chłodnicę, kanał pośredni i zamknięcie cieczowe łączące podnośną z opadową częścią obiegu, mające naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym ciepłym i naczynie zbiorcze z czynnikiem roboczym zimnym, przy czym w naczyniu zbiorczym ciepłym w dolnej części znajduje się wejście gałęzi opadowej, a powyżej znajduje się zamknięcie cieczowe złożone z naczynia dozującego i rury przepustowej oraz wyjście kanału pośredniego w kształcie litery U, a w naczyniu zbiorczym zimnym w dolnej części znajduje się wejście kanału pośredniego, a powyżej wyjście gałęzi podnośnej oraz wyjście rury przepustowej zamknięcia cieczowego i wejście rury zlewnej, która drugim końcem dołączona jest do naczynia zlewnego przy czym korzystnie wszystkie elementy obiegu mające rozłączne złącza umieszczone są w zbiornikach wypełnionych uszczelniającym ciekłym czynnikiem roboczym; mające wyjście gałęzi podnośnej usytuowane powyżej poziomu wejścia gałęzi opadowej, a górna krawędź naczynia dozującego oraz wyjście kanału pośredniego są usytuowane pomiędzy poziomem wyjścia gałęzi podnośnej, a wejściem gałęzi opadowej, natomiast wyjście kanału pośredniego jest usytuowane powyżej górnej krawędzi naczynia dozującego, a wejście rury zlewnej jest usytuowane pomiędzy wyjściem gałęzi podnośnej a poziomem wyjścia kanału pośredniego według patentu nr 195 490, znamienne tym, że do górnej części rury zlewnej (15) między naczyniem zimnym (4) a naczyniem zlewnym (16) zamocowany jest pojemnik (22) do gromadzenia gazów.