PL203017B1 - Wymiennik ciepła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła, w którym dokonuje się wymiana ciepła pomiędzy wypełniającym jego przestrzeń wewnętrzną czynnikiem roboczym a medium otaczającego go środowiska. Znajduje on zastosowanie szczególnie w układach termodynamicznych z pompą cieplną.

Znany wymiennik ciepła, pracujący w układzie termodynamicznym z pompą ciepła, posiada elementy czynne, poprzez które odbywa się wymiana ciepła, najczęściej w postaci układu rur wypełnionych czynnikiem roboczym, oraz obudowę przez którą przepływa medium otaczającego środowiska. Czynnikiem roboczym, stanowiącym nośnik energii cieplnej, jest ciecz wrząca w niskiej temperaturze lub niskoprężny gaz. Środowiskiem, z którym następuje wymiana ciepła, jest grunt, woda, powietrze. Znany wymiennik ciepła jest elementem stacjonarnym. W przypadku braku naturalnego ruchu medium otaczającego wymiennik, ruch ten może być wymuszony energią dostarczoną z zewnętrznego źródła zasilania, na przykład napędzaną energią elektryczną pompą lub wentylatorem. Również ruch czynnika roboczego, wypełniającego wymiennik ciepła, jest wymuszony energią dostarczoną z zewnętrznego źródła zasilania, na przykład pompą.

Wymiennik ciepła według wynalazku ma elementy czynne, poprzez które odbywa się wymiana ciepła z otoczeniem, wypełnione czynnikiem roboczym, nośnikiem energii cieplnej.

Istota wynalazku polega na tym, że elementy czynne, którymi są, mające podwójne ściany pokrywy, skrzydła płaszczowe i rury, umieszczone są na wirniku, mającym korzystnie pionową oś obrotu.

Wymiennik ciepła według wynalazku jest wymiennikiem obrotowym. Umieszczony w środowisku będącym w ruchu, na przykład na wietrze lub w nurcie wody, obraca się wykorzystując do tego ruchu energię kinetyczną medium środowiska, jak znany silnik wiatrowy. Dzięki ruchowi obrotowemu wymiennika wymiana ciepła pomiędzy wypełniającym go czynnikiem roboczym a medium otoczenia jest intensywna, ponieważ jego elementy czynne omywane są ciągle świeżym medium otoczenia o temperaturze ró ż nią cej się od temperatury czynnika roboczego. W przypadku znanego wymiennika ciepła umieszczonego w medium nieruchomym, temperatury czynnika roboczego i medium wyrównują się i wymiana ciepła pomiędzy nimi praktycznie ustaje. Wymiana ciepła w wymienniku według wynalazku uintensywnia się jeszcze dodatkowo dzięki ciągłemu przemieszczaniu się czynnika roboczego w elementach czynnych, wywołanemu ruchem obrotowym wymiennika. Chłodniejsze bowiem warstwy czynnika roboczego jako cięższe odrzucane są siłą odśrodkową ku zewnętrznym częściom przestrzeni elementów czynnych, a warstwy cieplejsze jako lżejsze kierowane saku ich częściom środkowym. Ruch obrotowy wymiennika według wynalazku może być powodowany nie tylko energią kinetyczną przepływającego medium otoczenia, na przykład wiatru lub wody, lecz także energią cieplną odbieraną z tego otoczenia, na przykład energią promieniowania słonecznego. Znajdujący się w wymienniku czynnik roboczy w postaci gazu lub pary może być skierowany z wymiennika do układu termodynamicznego maszyny cieplnej, na przykład turbiny, z której wytworzona przez nią energia mechaniczna może być przeniesiona na wał wirnika wymiennika ciepła. Tym samym obrotowy wymiennik ciepła według wynalazku jest samonapędzającym się układem wirującym, czerpiącym energię z medium otaczającego go środowiska. Wymiennik ciepła według wynalazku umieszczony jako parownik w ukł adzie termodynamicznym z pompą ciepł a przyczynia się do zwię kszenia współ czynnika efektywności układu przez to, że czerpie z środowiska ciepło z zasobów zawartych w znajdującym się w nim medium.

Wynalazek uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wymiennik ciepła w widoku z boku, fig. 2 - w przekroju poprzecznym, zaznaczonym na fig. 1 A-A, a fig. 3 - w przekroju podłu ż nym, zaznaczonym na fig. 2 B-B.

Rysunek przedstawia obrotowy wymiennik ciepła wykorzystujący przykładowo znany silnik wiatrowy Savoniusa. Jak pokazano na rysunku, wymiennik ciepła ma postać osadzonego obrotowo na pionowej osi wirnika. Elementy czynne wymiennika tworzą, mające podwójne ściany, górna pokrywa 1, dolna pokrywa 2 i dwa płaszczowe skrzydła 3, mające w przekroju poziomym kształt litery „C”. Ponadto elementami czynnymi wymiennika są także: zewnętrzna rura 4 i wewnętrzna rura 5, którymi czynnik roboczy jest doprowadzany i odprowadzany do i z wymiennika i które pełnią funkcje wału wirnika. Na fig. 2 strzałką zaznaczony jest kierunek wirowania wirnika. Dla zwiększenia powierzchni czynnej wymiennika ciepła płaszczowe skrzydła 3 wyposażone są w radiatorowe żeberka 6. Przedstawiony przykładowo wymiennik ciepła według wynalazku posiada elementy czynne równoległe do osi obrotu, którymi są płaszczowe skrzydła 3, będące elementami czynnymi wymiennika, poprzez które odbywa się wymiana ciepła i które zarazem są jego elementami czynnymi wykorzystującymi energię kinetyczną

PL 203 017 B1 ruchu medium otoczenia jak w silniku wiatrowym, oraz elementy czynne prostopadłe do osi obrotu, którymi są górna pokrywa 1 i dolna pokrywa 2, które wykorzystują energię cieplną medium otoczenia, przede wszystkim energię promieniowania słońca, lecz także na przykład ciepło zawarte w deszczu i powietrzu, w czym także biorą udział już w mniejszym stopniu elementy czynne równoległe do osi obrotu. Górna pokrywa 1 i dolna pokrywa 2, ustawione swymi płaszczyznami prostopadle do osi obrotu wirnika, uczestniczą intensywnie w wymianie ciepła z otoczeniem, zwłaszcza ciepła promieniowania słonecznego, nie utrudniają jego ruchu obrotowego, stawiając minimalny opór w medium środowiska przy obrocie wirnika. Na fig. 3 zaznaczono strzałkami przykładowy kierunek przepływu czynnika roboczego przez wymiennik ciepła.

Claims (1)

1. Wymiennik ciepła, mający elementy czynne wypełnione czynnikiem roboczym, nośnikiem energii cieplnej, znamienny tym, że elementy czynne, którymi są, mające podwójne ściany, pokrywy (1) i (2), płaszczowe skrzydła (3) oraz rury (4) i (5), umieszczone są na wirniku, mającym korzystnie pionową oś obrotu.