PL178544B1 - Ciepłowód do przekazywania ciepła - Google Patents

Abstract

1. Ciepłowód do przekazywania ciepłą mający dwa oddzielne układy, przy czym w pierwszym układzie przemieszcza się podgrzewany czynnik roboczy oddający ciepło do drugiego układu z odrębnym czynnikiem, który to ciepłowód ma postać przewodu wykonanego korzystnie z materiału o dużej przewodności cieplnej, za- «5=· mkniętego na obu swych końcach i |SQ i zawierającego ciecz przekazującą ciepło, ! znamienny tym, że ciecz jest zamknięta hermetycznie w ciepłowodzie pod próżnią i stanowi ją jedna z cieczy wybrana spo- 1 Ogl śród węglowodorów, alkoholi, estrów, eterów, ketonów, pochodnych halogenosr= wych węglowodorów i wody, w ilości minimalnej zapewniającej obecność cie5=* czy w postaci ciekłej w maksymalnej temperaturze roboczej ciepłowodu, od 2/3 objętości obszaru podgrzewanego ciepłowodu do 3/3 objętości tegoż obszaru.

Description

Przedmiotem wynalazku jest ciepłowód do przekazywania ciepła dla celów grzewczych i chłodniczych.

Znane powszechnie sposoby przekazywania ciepła polegają na wykorzystaniu podgrzewanego czynnika, który przemieszcza się w przewodach do elementów grzewczych. W elemencie grzewczym ciepło jest transportowane drogą przewodzenia i oddawane do czynnika ogrzewanego. Przykładem takiego rozwiązania jest klasyczna instalacja centralnego ogrzewania, w której podgrzewana woda przemieszczana jest do grzejników zaś transportowane przez nią ciepło poprzez przewodzenie w materiale ścian i żeber grzejników oddawane jest do otoczenia.

Europejski opis patentowy nr EP 0 438 938 ujawnia rozwiązanie rurowego wymiennika ciepła. Wymiennik ten ma postać odcinków przewodu rurowego, którego rura ma wzdłużną przegrodę wyznaczającą dwie strefy - cieczy i pary - a w jednej z nich usytuowana jest pofałdowana taśma służąca do oddzielania cieczy powracającej ze strefy skraplania do strefy parowania. Taśma ta ma profil wyznaczający pierścieniową strefę pomiędzy taśmą a wewnętrzną ścianką rury. Ponadto na wewnętrznej ściance rury są wykonane obwodowe rowki.

Innym znanym sposobem jest podzielenie instalacji na dwa oddzielne układy. W pierwszym z nich podgrzewany czynnik przepływa jedynie przez przewody doprowadzające i oddaje ciepło do drugiego oddzielnego układu, w którym zamknięty jest inny czynnik transportujący ciepło bezpośrednio w elementach grzewczych, usytuowanych w ogrzewanej przestrzeni. Wymieniony drugi układ zawiera elementy przekazujące ciepło, przykładowo w postaci rur z zamkniętą w nich cieczą.

W europejskim opisie patentowym nr EP 0 334 142 przedstawione jest rozwiązanie sprowadzające się do dwóch wymienników ciepła działających na zasadzie skraplacza i odparowywacza. Rury łączą dowolne elementy tego układu i nie stanowią części rozwiązania.

Znany jest też z koreańskiego opisu patentowego nr KR 71398 sposób wytwarzania i instalowania rur przewodzących ciepło. W opisie tym ujawnione jest rozwiązanie elementu przewodzącego ciepło, który stanowi rura zamknięta na obu końcach pokrywami. Pokrywy te są wlutowane w końcówki rury a jedna z nich zaopatrzona jest w zasklepiany otwór. Wewnątrz rury umieszczona jest ciecz przewodząca ciepło.

178 544

Opisana metoda wytwarzania rury obejmuje kolejno mycie rury, cięcie na odpowiednie odcinki i spawanie pokryw. Następnie rura napełniana jest cieczą przewodzącą ciepło, ustawiana pionowo, pozbawiana powietrza za pomocą pompy próżniowej i zasklepiana. Po dokonaniu tych operacji następuje sprawdzenie szczelności rury poprzez zanurzenie jej w wodzie.

W rozwiązaniu według wynalazku stosuje się również dwa oddzielne układy, z których pierwszy przemieszcza czynnik roboczy. Ciepłowód według wynalazku jako element przekazujący ciepło ma postać przewodu wykonanego korzystnie z materiału o dużej przewodności cieplnej, zamkniętego na obu swych końcach i zawierającego ciecz przekazującą ciepło.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że ciecz jest zamknięta hermetycznie w ciepłowodzie pod próżnią i stanowi ją jedna z cieczy wybrana spośród węglowodorów, alkoholi, estrów, eterów, ketonów, pochodnych halogenowych węglowodorów i wody, w ilości minimalnej zapewniającej obecność cieczy w postaci ciekłej w maksymalnej temperaturze roboczej ciepłowodu, od 2/3 objętości obszaru podgrzewanego ciepłowodu do 3/3 objętości tegoż obszaru.

Ciepłowód może stanowić rura, korzystnie o przekroju okrągłym, wyposażona w wewnętrzną przegrodą rozciągającą się od obszaru podgrzewania cieczy do obszaru skraplania cieczy.

Ciepłowód może stanowić rura podzielona na dwa niezależne odcinki połączone przewodem dla pary i przewodem dla cieczy, przy czym oba przewody zaopatrzone są w izolacje.

W rozwiązaniu według wynalazku zastąpiono zatem elementy przewodzące ciepło od czynnika roboczego odrębnym układem przekazującym ciepło, stanowiącym ciepłowód.

Poprzez doprowadzenie ciepła inicjującego w pierwszym układzie wywołuje się szybkie odparowanie cieczy zamkniętej w ciepłowodzie jako elemencie przekazującym ciepło, wywołując jego izotermiczne nagrzanie, przy czym ciepło przenoszone jest przez wrzącą i skraplaj ącą się ciecz zamkniętą hermetycznie w przestrzeni roboczej ciepłowodu a wrzenie następuje w części ciepłowodu, w której ciepło z pierwszego układu jest dostarczane, skraplanie zaś w części ciepłowodu oddającej ciepło do otoczenia. Ciecz zamknięta hermetycznie w ciepłowodzie znajduje się w stanie wyjściowym w części podgrzewanej ciepłowodu, w ilości minimalnej zapewniającej obecność cieczy w postaci ciekłej w maksymalnej temperaturze roboczej ciepłowodu, korzystnie w ilości potrzebnej do wypełnienia 2/3 obszaru podgrzewanego, ale nie więcej niż części podgrzewanej, przy czym ukształtowanie i położenie ciepłowodu jest tak dobrane, by następował spływ skroplonej pary do obszaru podgrzewanego.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest prostota konstrukcji ciepłowodu i możliwość przerzucania ciepła bez strat na dużą odległość.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest w poniższych przykładach wykonania, z wykorzystaniem rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rurę z przegrodą w przekroju wzdłużnym, fig. 2 przekrój poprzeczny A-A rury przedstawionej na fig. 1, fig. 3 - rurę podzieloną na dwa niezależne odcinki.

Ciepłowód 1 ma postać rury, w której znajduje się przegroda 2 ustawiona pod katem a. W rurze znajduje się ciecz L. Rura może być podzielona na dwa odcinki - odcinek podgrzewany 1a i odcinek oddający ciepło 1b, połączone dwiema rurami 3, 4 o mniejszym przekroju, osłoniętymi izolacją 5.

W rozwiązaniu według wynalazku istnieją zatem dwa układy. Poprzez doprowadzenie ciepła inicjującego w pierwszym układzie wywołuje się szybkie odparowanie cieczy zamkniętej w ciepłowodzie jako elemencie przekazującym ciepło, wywołując jego izotermiczne nagrzanie, przy czym ciepło przenoszone jest przez wrzącą i skraplającą się ciecz zamkniętą hermetycznie w przestrzeni roboczej ciepłowodu a wrzenie następuje w części ciepłowodu, w której ciepło z pierwszego układu jest dostarczane skraplanie zaś w części ciepłowodu oddającej ciepło do otoczenia.

Ciecz zamknięta hermetycznie w ciepłowodzie znajduje się w stanie wyjściowym w części podgrzewanej ciepłowodu, w ilości minimalnej zapewniającej obecność cieczy w postaci ciekłej w maksymalnej temperaturze roboczej ciepłowodu, korzystnie w ilości potrzebnej do wypełnienia 2/3 obszaru podgrzewanego, ale nie więcej niż części podgrzewanej, przy czym ukształtowanie i położenie ciepłowodu jest tak dobrane, by następował spływ skroplonej pary do obszaru podgrzewanego.

178 544

Poniższe przykłady przedstawiają realizację rozwiązania według wynalazku, ze wskazaniem odmian jego przemysłowego zastosowania.

Przy kład I.

W rurze miedzianej o przekroju okrągłym hermetycznie zamknięto, po opróżnieniu jej z powietrza, dawkę ketonu. Ciecz wypełniła 2/3 objętości końcówki rury przewidzianej do osadzenia w układzie podgrzewania. Wykonano wiele identycznych rur stanowiących Ciepłowody. Rury te osadzono końcami w układzie przepływu czynnika roboczego. Czynnik ten podgrzano do temperatury 50 stopni C inicjując wrzenie cieczy zamkniętej w ciepłowodach. W czasie 10 do 20 sek. nastąpiło nagrzanie Ciepłowodów do temperatury około 45 stopni C przy czym Ciepłowody nagrzane zostały izotermicznie na całej swej długości.

Ciepło zostało przeniesione przez wrzącą i skraplającą się ciecz zamkniętą hermetycznie w przestrzeni roboczej ciepłowodu. Wrzenie nastąpiło w części rury, w której ciepło jest dostarczane, skraplanie zaś w części oddającej ciepło.

Tak ukształtowany ciepłowód stanowi żebro o bardzo dużej sprawności termicznej, które ma temperaturę praktycznie równą u podstawy i w każdym miejscu na swej długości.

Przykład II.

W rurze miedzianej o przekroju silnie spłaszczonego owalu hermetycznie zamknięto, po opróżnieniu jej z powietrza, dawkę alkoholu metylowego. Ciecz wypełniła 2/3 objętości końcówki rury przewidzianej do osadzenia w układzie podgrzewania. Wykonano wiele identycznych rur stanowiących c lepto wody. Rury te osadzono końcami w układzie przepływu czynnika roboczego. Czynnik ten podgrzano do temperatury 70 stopni C inicjując wrzenie cieczy zamkniętej w ciepłowodach. W czasie 10 do 20 sek. nastąpiło nagrzanie ciejpowodów do temperatury około 65 stopni C przy czym Ciepłowody nagrzane zostały izotermicznie na całej swej długości.

Ciepło zostało przeniesione przez wrzącą i skraplającą się ciecz zamkniętą hermetycznie w przestrzeni roboczej ciepłowodu. Wrzenie nastąpiło w części elementu, w której ciepło jest dostarczane, skraplanie zaś w części oddającej ciepło.

Przykład III.

Miedziana rurę 1 o przekroju kołowym, jak opisaną w przykładzie I, zaopatrzono dodatkowo w przegrodę 2 i ustawiono pod kątem a równym około 2°, z ogrzewanym końcem znajdującym się niżej. Przegroda 2 w rurze 1 w pozycji pracy usytuowana jest poziomo. Skroplona ciecz L przepływa pod przegrodą 2. Dodatkowe wyposażenie w przegrodę 2 umożliwia uzyskanie dynamiki działania ciepłowodu jak w przykładzie I, przy znikomym pochyleniu ciepłowodu.

Przykład IV.

- Rurę opisaną w przykładzie I rozcięto i podzielono na dwa odcinki - odcinek podgrzewany 1a i odcinek oddający ciepło 1b, oraz połączono dwiema rurami 3, 4 o mniejszym przekroju, osłoniętymi izolacją 5.

Pozwala to na oddalenie części oddającej ciepło od części podgrzewanej na odległość kilku metrów. Parametry pracy ciepłowodu pozostały jak w przykładzie I. Przy oddaleniu elementów większych od 3 m czas nagrzewania ciepłowodu wydłuża się do 30 sek. Wzajemne położenie elementów jest dowolne, pod warunkiem zapewnienia spływu skroplonej cieczy do elementu podgrzewanego.

Niezależnie od powyższych przykładów ukształtowanie i położenie ciepłowodu jest dowolne. Najkorzystniejszą jego formą jest rura o przekroju kołowym. Musi być jednakże zapewniony spływ skroplonej pary do obszaru podgrzewanego.

Materiał ciepłowodu i ciecz robocza dobrane mogą być według zakresu temperatury roboczej, palności, toksyczności cieczy, korozji elementów, itp.

Temperatura ciepłowodu jest stała praktycznie na całej długości i zależy od intensywności nagrzewania i chłodzenia stref roboczych ciepłowodu.

Rozwiązanie według wynalazku może być zastosowane w układach centralnego ogrzewania, w tym także ściennych i podpodłogowych, szczególnie pracujących w cyklu niestacjonarnym. Innym polem zastosowania wynalazku jest wykorzystanie go w nagrzewnicach z wymuszonym obiegiem powietrza. Kolejnym zastosowaniem mogą być układy grzewcze w suszarniach i innych urządzeniach technologicznych, w których procesy wymagają izotermiczności elementów grzejnych.

178 544

b.

^9(ί6₀ ^egZ.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Ciepłowód do przekazywania ciepła, mający dwa oddzielne układy, przy czym w pierwszym Układzie przemieszcza się podgrzewany czynnik roboczy oddający ciepło do drugiego układu z odrębnym czynnikiem, który to ciepłowód ma postać przewodu wykonanego korzystnie z materiału o dużej przewodności cieplnej, zamkniętego na obu swych końcach i zawierającego ciecz przekazującą ciepło, znamienny tym, że ciecz jest zamknięta hermetycznie w ciepłowodzie pod próżnią i stanowi ją jedna z cieczy wybrana spośród węglowodorów, alkoholi, estrów, eterów, ketonów, pochodnych halogenowych węglowodorów i wody, w ilości minimalnej zapewniającej obecność cieczy w postaci ciekłej w maksymalnej temperaturze roboczej ciepłowodu, od 2/3 objętości obszaru podgrzewanego ciepłowodu do 3/3 objętości tegoż obszaru.

2. Ciepłowód według zastrzeż. 1, znamienny tym, że stanowi go rura (1), korzystnie o przekroju okrągłym, wyposażona w wewnętrzną przegrodę (2), rozciągającą się od obszaru podgrzewania cieczy (L) do obszaru skraplania cieczy (L).

3. Ciepłowód według zastrzeż. 2, znamienny tym, że rura (1) jest podzielona na dwa niezależne odcinki - odcinek (1a) i odcinek (1b), połączone przewodem (3) dla pary i przewodem (4) dla cieczy (L), przy czym oba przewody zaopatrzone są w izolację (5).