PL217073B1

PL217073B1 - Sposób samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej i urządzenie do samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej

Info

Publication number: PL217073B1
Application number: PL391961A
Authority: PL
Inventors: Jurij Dobriański; Daniel Chludziński; Michał Duda; Robert Wójcik; Janusz Piechocki; Marek Samsel
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2014-06-30
Also published as: WO2012015321A2; CA2806034A1; CN103154656A; IL224285A; WO2012015321A3; US20130105117A1; MX2013000416A; AU2011283286A1; EP2616755B1; TWI580920B; TW201213759A; JP2013532812A; US9273908B2; EP2616755A2; MX347059B; JP6122067B2; CA2806034C; BR112013000693A2; JP2015212618A; PL391961A1

Abstract

Sposób przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do cyrkulacji naturalnej charakteryzuje się tym, że do strefy ogrzewania wprowadza się substancję pompującą, która nie rozpuszcza się w tym nośniku i ma temperaturę wrzenia niższą od temperatury wrzenia nośnika ciepła, następnie podgrzewa się nośnik ciepła i odparowuje substancję pompującą, a ciśnieniem pary substancji pompującej wprowadza się ogrzany nośnik w ruch w gałęziach obiegu, a odpracowaną parę substancji pompującej przeprowadza z górnej części gałęzi ciepłej-opadowej do strefy o niższej temperaturze, gdzie zostaje skroplona, po czym skropliny ponownie wprowadzane są do strefy ogrzewania, a ilość substancji pompującej jest nie mniejsza, niż potrzebna do wypełnienia parą przestrzeni obiegu nie zajętej przez ciekły nośnik ciepła (4) oraz do wypełnienia drogi zlewania skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania. Substancja pompująca umieszczona w zamkniętym obiegu, częściowo wypełnionym ciekłym nośnikiem ciepła (4) korzystnie ma gęstość mniejszą od tego nośnika. Przedmiotem zgłoszenia jest również urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do cyrkulacji naturalnej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej i urządzenie do samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej, które mogą być stosowane w różnych dziedzinach gospodarki, tam gdzie zachodzi potrzeba ogrzewania obiektów położonych poniżej źródła ciepła, na przykład: do przekazywania ciepła od kolektora słonecznego do zbiornika usytuowanego poniżej niego; do ogrzewania skroplonego gazu propan-butan w magazynach podziemnych przy dużych odbiorach gazu; do ogrzewania gruntu pod szosą, pod pasem startowym lotniska, pod podjazdami do garaży, w szklarniach i inspektach; do przekazywania ciepła przy odzyskiwaniu ciepła odpadowego gazów kominowych, itp.

Z opisu patentu nr PL 192 167 znane są sposób i urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku przeciwnym do konwekcji naturalnej.

Sposób wg patentu nr PL 192167 polega na tym, że w obiegu cyrkulacyjnym pracującym cyklicznie jako nośnik ciepła jest wykorzystany roztwór cieczy z gazem, na przykład roztwór dwutlenku węgla w wodzie. Obieg taki wypełniany jest niecałkowicie. Nasycona gazem ciecz jest ogrzewana w górnej części gałęzi opadowej obiegu, gdzie z cieczy uwalnia się rozpuszczony gaz, a jego ciśnienie powoduje wypieranie zubożonego ogrzanego roztworu w dół gałęzią opadową. W dolnej części obiegu ciecz schładza się i następnie przepływa do gałęzi podnośnej. Wskutek tego poziom cieczy w gałęzi podnośnej przyrasta, objętość gazu nad zimnym zubożałym roztworem maleje i gaz rozpuszcza się w nim. Po osiągnięciu określonej różnicy ciśnienia i poziomów cieczy między gałęzią zimną a ciepłą otwierane jest przejście w górnej części obiegu i gaz z gałęzi ciepłej - opadowej przepływa do górnej części gałęzi zimnej - podnośnej. Jednocześnie nadmiar wzbogaconego zimnego roztworu grawitacyjnie zlewa się przez kanał pośredni z gałęzi zimnej - podnośnej do górnej części gałęzi ciepłej opadowej. Następnie, przejście w górnej części obiegu jest zamykane i cykl powtarza się.

Urządzenie zgodnie z patentem nr PL 192 167 służące do realizacji tego sposobu jest wykonane w postaci obiegu zamkniętego, który posiada dwie gałęzie - opadową i podnośną, wymiennik masy do rozpuszczania gazu umiejscowiony w górnej części gałęzi podnośnej oraz zbiornik gazu o podatnych ściankach podłączony do wymiennika masy. W górnej części gałęzi opadowej jest usytuowany grzejnik, a w dolnej części obiegu znajduje się chłodnica. Obieg dodatkowo jest wyposażony w kanał pośredni, który łączy górną część opadową z górną częścią podnośną i którego wejście umieszczono pod poziomem cieczy. Ponadto, obieg zawiera zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego usytuowanego w górnej części gałęzi opadowej, a rura przepustowa zamknięcia cieczowego podłączona jest do górnej części gałęzi podnośnej. Zamknięcie cieczowe samoczynnie otwiera się i zamyka w zależności od różnicy ciśnienia między gałęziami, a więc i różnicy poziomów cieczy w tych gałęziach. W celu zapewnienia jednokierunkowego przepływu nośnika ciepła w obiegu z gałęzi ciepłej opadowej poprzez chłodnicę do gałęzi zimnej - podnośnej i z górnej części gałęzi zimnej - podnośnej poprzez kanał pośredni do górnej części gałęzi ciepłej - opadowej, w drogach przepływu zostały zamontowane zawory zwrotne.

Według wynalazku sposób samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej polega na tym, że do strefy ogrzewania wprowadza się dodatkową substancję pompującą, która nie rozpuszcza się w nośniku ciepła i ma temperaturę wrzenia niższą od temperatury wrzenia nośnika ciepła, następnie podgrzewa się nośnik ciepła i odparowuje substancję pompującą, a pod działaniem ciśnienia pary substancji pompującej wprowadza się ogrzany nośnik w ruch w gałęziach obiegu, a przepracowaną parę substancji pompującej przeprowadza z górnej części gałęzi ciepłej-opadowej do strefy o niższej temperaturze, gdzie zostaje skroplona, po czym skropliny ponownie wprowadzane są do strefy ogrzewania, a ilość substancji pompującej jest nie mniejsza niż potrzebna do wypełnienia parą przestrzeni obiegu nie zajętej przez ciekły nośnik ciepła oraz do wypełnienia drogi zlewania skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania.

Korzystnie, substancja pompująca ma gęstość mniejszą od gęstości nośnika ciepła.

Według wynalazku urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej wykonane w postaci obiegu zamkniętego zawierającego; dwie gałęzie ciepłą - opadową i zimną - podnośną, w dolnej części połączone chłodnicą a w górnej zakończone odpowiednio naczyniem ciepłym oraz zimnym; zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego, który składa się z naczynia dozującego, syfonu wypełniającego oraz rury przepustowej łączącej przestrzenie parowe naczynia ciepłego i zimnego w celu wyrównania ciśnienia w tych naczyniach; zawory zwrotne zapewniające jednokierunkowy przepływ cieczy; kanał pośredni do zlewania nośnika z naczynia zimnego do

PL 217 073 B1 ciepłego; charakteryzuje się tym, że w swojej budowie posiada środek techniczny służący do skraplania pary substancji pompującej, którym jest zimny nośnik zgromadzony w naczyniu zimnym, a para substancji pompującej ulega skropleniu w wyniku bezpośredniego kontaktu z tym nośnikiem oraz środek techniczny służący do zlania tych skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania, którym jest kanał pośredni zakończony rurą wznoszącą zamocowaną w taki sposób, że ma ona możliwość swobodnego ruchu pionowego wewnątrz kanału pośredniego, przy czym wlot tej rury znajduje się na zewnątrz kanału pośredniego i utrzymywany jest przez pływak bezpośrednio pod powierzchnią cieczy w naczyniu zimnym.

Odmiana urządzenia według wynalazku charakteryzuje się tym, że środkiem do zlewania skroplin substancji pompującej ze strefy skraplania do strefy parowania jest lejek zbierający zamocowany na wlocie do kanału pośredniego wyprowadzonego powyżej dna naczynia zimnego, przy czym kanał pośredni pod lejkiem zbierającym bezpośrednio powyżej dna naczynia zimnego posiada drugi wlot, którego przekrój jest dobrany w taki sposób, że po obniżeniu się poziomu cieczy w naczyniu zimnym poniżej lejka zbierającego poziom nośnika w kanale pośrednim znajduje się poniżej tego wlotu.

Kolejna odmiana urządzenia charakteryzuje się tym, że posiada skraplacz chłodzony powietrzem, rurę doprowadzenia pary, która łączy górną część naczynia zimnego z górną częścią skraplacza i kanał zlewowy skroplin, przy czym skraplacz umieszczony jest powyżej naczynia ciepłego na takiej wysokości, przy której ciśnienie hydrostatyczne skroplin u wylotu kanału zlewowego jest wyższe od ciśnienia cieczy w naczyniu ciepłym.

Kolejna odmiana urządzenia według wynalazku charakteryzuje się tym, że skraplacz w postaci przeponowego wymiennika ciepła, który z jednej strony przepony przyłączony jest do gałęzi zimnejpodnośnej i kanału odprowadzenia zimnego nośnika ciepła do naczynia zimnego, a z drugiej strony przepony - do kanału doprowadzenia pary z naczynia zimnego oraz kanału zlewania skroplin, którego wylot umieszczony jest pod powierzchnią cieczy w dolnej części naczynia ciepłego, przy czym wysokość kanału zlewania skroplin jest taka, aby ciśnienie hydrostatyczne skroplin zgromadzonych w tym kanale u jego wylotu przewyższyło wartość ciśnienia w naczyniu ciepłym w miejscu zamocowania wylotu tego kanału.

Urządzenie w kolejnej odmianie charakteryzuje się tym, że zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego składający się z naczynia dozującego, syfonu wypełniającego oraz rury przepustowej ma pływak z zawieradłem umieszczony w naczyniu dozującym zamknięcia cieczowego, dodatkowy pływak umieszczony bezpośrednio w naczyniu ciepłym oraz cięgnowy mechanizm łączący, który łączy te pływaki.

Urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej charakteryzuje się tym, że w celu zabezpieczenia przed spadkiem ciśnienia w urządzeniu poniżej ciśnienia atmosferycznego posiada naczynie wzbiorcze otwarte do otoczenia z membraną przeciwpróżniową, przy czym po jednej stronie membrany znajduje się nośnik ciepła, natomiast po drugiej - gaz o ciśnieniu otoczenia, a objętość robocza naczynia jest nie mniejsza niż taka, jaką zajmuje para substancji pompującej, kiedy ciśnienie w urządzeniu jest równe lub większe od ciśnienia otoczenia.

Sposób wg wynalazku pozwala na jednoczesne wykorzystanie zalet wody i substancji chłodniczej. Z punktu widzenia właściwości eksploatacyjnych woda i jej roztwory są najwygodniejszymi nośnikami ciepła. Natomiast substancje chłodnicze są wygodnymi czynnikami pompującymi, ponieważ w zakresie temperatur od 0 do 100°C ciśnienie ich pary nasyconej jest wyższe od ciśnienia atmosferycznego i nie pozwala na przenikanie powietrza atmosferycznego do wewnątrz urządzeń, co mogłoby spowodować zatrzymanie procesu skraplania pary substancji pompującej. Jako substancje pompujące mogą być wykorzystane, na przykład węglowodory, które w znacznie mniejszym stopniu są szkodliwe dla środowiska niż tradycyjne substancje chłodnicze. Ponadto, bardzo ważne jest to, że w proponowanym wynalazku potrzebna ilość takiej substancji pompującej jest bardzo niewielka, około 10 gramów na 1 kW przekazywanej mocy.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania oraz na rysunkach, na których fig. 1, fig. 2, fig. 3 i fig. 4 pokazują schemat urządzenia z ruchomym wejściem do kanału pośredniego w kolejnych fazach działania, fig. 5, fig. 6 i fig. 7 pokazują schemat urządzenia z lejkiem wychwytującym, fig. 8, fig. 9 i fig. 10 pokazują schemat urządzenia z wymiennikiem ciepła do skraplania i zlewanie skroplin z wymiennika do naczynia ciepłego, fig. 11, 12 i 13 to przykład wykonania zaworu sterującego w postaci zamknięcia cieczowego z zaworem pływakowym oraz fig. 14 i 15 to schemat urządzenia z naczyniem wzbiorczym przeciwpróżniowym.

PL 217 073 B1

P r z y k ł a d 1

Sposób przewiduje, że do strefy ogrzewania obiegu cyrkulacyjnego wprowadza się substancję pompującą, która ma mniejszą gęstość od ciekłego nośnika ciepła, nie rozpuszcza się w tym nośniku i ma temperaturę wrzenia niższą od temperatury wrzenia nośnika ciepła. Tą substancją jest pentan, który przy ciśnieniu atmosferycznym ma temperaturę wrzenia 36,1°C. Następnie, podgrzewa się nośnik ciepła i odparowuje substancję pompującą, a ciśnieniem pary substancji pompującej wprowadza się ogrzany nośnik w ruch w gałęziach obiegu, a odpracowaną parę substancji pompującej przeprowadza z górnej części gałęzi ciepłej-opadowej do strefy o niższej temperaturze, gdzie zostaje skroplona, po czym skropliny ponownie wprowadzane są do strefy ogrzewania, a ilość substancji pompującej jest nie mniejsza, niż potrzebna do wypełnienia parą przestrzeni obiegu nie zajętej przez ciekły nośnik ciepła oraz do wypełnienia drogi zlewania skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania.

P r z y k ł a d 2

Urządzenie według wynalazku, którego schemat jest przedstawiony na fig. 1, wykonane jest w postaci obiegu zamkniętego zawierającego chłodnicę 1, do której poprzez gałąź ciepłą - opadową 2 doprowadzany jest ogrzany w naczyniu zbiorczym ciepłym A przez źródło ciepła 3 ciekły nośnik ciepła 4, a wyprowadzany jest gałęzią zimną - podnośną 5 do naczynia zbiorczego zimnego B nośnik w postaci schłodzonej. Ponadto, urządzenie zawiera zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego umieszczony w naczyniu ciepłym A, który składa się z naczynia dozującego 6, syfonu wypełniającego 7 oraz rury przepustowej 8, przy czym wlot do rury przepustowej 8 usytuowany jest przy dnie naczynia dozującego 6, natomiast jej wylot - w górnej części naczynia zimnego B. Urządzenie posiada także kanał pośredni 9, którego jeden koniec jest przyłączony tuż poniżej naczynia ciepłego A do gałęzi ciepłej 2, a drugi jest osadzony w dnie naczynia zimnego B. Od strony naczynia zimnego B do kanału pośredniego 9 wprowadzona jest rura wznosząca 10, swobodnie przemieszczająca się w kierunku pionowym. Na swobodnym końcu rury wznoszącej 10 zamocowane są pływaki 11 dobrane w taki sposób, że wlot do tej rury znajduje się bezpośrednio pod powierzchnią cieczy w naczyniu B. Dodatkowo, w kanale pośrednim 9 oraz w gałęzi zimnej - podnośnej 5 są zamontowane zawory zwrotne 12 i 13.

Urządzenie jest wypełnione ciekłym nośnikiem ciepła 4 w taki sposób, aby poziom nośnika ciepła w naczyniu zimnym B był wyższy od poziomu osiąganego przez nośnik w naczyniu ciepłym A w momencie zamknięcia zaworu sterującego. Dodatkowo, w obiegu znajduje się ciekła substancja pompująca 14, np. pentan, w ilości niezbędnej do wypełnienia parą nasyconą objętości obiegu niewypełnionej przez ciecz oraz zapewniającej wytworzenie odpowiedniego ciśnienia roboczego w naczyniu ciepłym A, które pozwoli na jednorazowe przetłoczenie ogrzanego nośnika w objętości określonej zaworem sterującym przez chłodnicę i do naczynia zimnego B.

Para substancji pompującej, która podczas etapu zlewania nośnika ciepła, rurą przepustową 8 przepływa do naczynia zimnego B, skrapla się w tym naczyniu w wyniku bezpośredniego kontaktu z zimnym nośnikiem ciepła tworząc warstwę skroplin unoszonych na tym nośniku, po czym kanałem pośrednim 9, zlewa się wraz z tym nośnikiem w kolejnym etapie jego zlewania, przy czym zlanie skroplin substancji pompującej zapewnia rura wznosząca 10.

Urządzenie pracuje w sposób cykliczny, przy czym na cykl pracy składają się dwa etapy: pompowanie ogrzanego nośnika ciepła z naczynia ciepłego A przez chłodnicę 1 do naczynia zimnego B oraz zlewanie zimnego nośnika ciepła i skroplin substancji pompującej z naczynia zimnego B do naczynia ciepłego A.

Początkowi etapu pompowania odpowiada stan, kiedy poziom cieczy w naczyniu A sięga kolana syfonu wypełniającego, przez który ciecz wypełniła naczynie dozujące 6 zamykając tym odpływ pary czynnika pompującego do naczynia B - fig. 1. Wskutek doprowadzenia ciepła do naczynia A, wzrasta ilość pary substancji pompującej oraz jej ciśnienie w tym naczyniu, co powoduje odwrócenie kierunku przepływu cieczy, zamknięcie zaworu zwrotnego 12 w kanale pośrednim 9 i otwarcie zaworu zwrotnego 13 w gałęzi 5. Wypierany przez parę substancji pompującej ogrzany nośnik ciepła z naczynia A, przepływa przez chłodnicę 1, po czym trafia do naczynia B. W miarę wypełniania naczynia B ochłodzonym nośnikiem ciepła skrapla się para substancji pompującej zgromadzona w tym naczyniu. Kierunek przepływu nośnika ciepła oraz stan zaworów zwrotnych i zaworu sterującego podczas etapu pompowania pokazano na fig. 2.

Po tym, jak ciśnienie pary substancji pompującej w naczyniu A przekroczy wartość ciśnienia hydrostatycznego cieczy w rurze przepustowej 8, ciekły nośnik ciepła z naczynia dozującego 6 rurą przepustową 8 zostaje przetłoczony do naczynia B - fig. 3. Po opróżnieniu naczynia dozującego 6 rurą

PL 217 073 B1 przepustową z naczynia A do naczynia B przepływa odpracowana para substancji pompującej powodując wyrównanie ciśnienia pary w tych naczyniach i rozpoczęcie etapu zlewania. Pod naporem strumienia nośnika wypływającego z naczynia B, zawór zwrotny 13 w gałęzi 5 zostaje zamknięty, a zawór zwrotny 12 w kanale pośrednim 9 - otwarty, co powoduje, że nośnik z naczynia B grawitacyjnie przepływa poprzez kanał 9 pośredni do naczynia A, przy czym przepływowi nośnika towarzyszy jednoczesny przepływ pary rurą przepustową 8 do naczynia B. W naczyniu B nośnik wpływa do kanału pośredniego 9 przez rurę wznoszącą 10 teleskopowo połączoną z tym kanałem. Wlot rury wznoszącej utrzymywany jest przez pływaki 11 bezpośrednio pod powierzchnią nośnika, przez co do kanału wpływa nośnik z górnych warstw wraz ze skroplinami substancji pompującej 14. Kierunek przepływu nośnika ciepła i pary substancji pompującej oraz stany zaworów zwrotnych podczas etapu zlewania pokazano na fig. 4.

P r z y k ł a d 3

Odmianą urządzenia opisanego w przykładzie 2 wykonania wynalazku jest urządzenie - fig. 5, w którym skropliny substancji pompującej zgromadzonej w naczyniu zimnym B, przez lejek zbierający 15 zamocowany na wlocie kanału pośredniego 9 są wprowadzane do tegoż kanału, przy czym kanał pośredni 9 jest wyprowadzony ponad dno naczynia zimnego B, a wysokość, na jakiej znajduje się jego wlot i zamocowanie lejka zbierającego 15, mieści się pomiędzy maksymalnym poziomem wypełnienia naczynia zimnego B osiąganym z końcem etapu pompowania i jego minimalnym poziomem wypełnienia w końcu etapu zlewania. Ponadto, w kanale pośrednim 9, tuż powyżej dna naczynia zimnego B, jest wykonany dodatkowy wlot 16 o przekroju F₂, który indywidualnie dla urządzenia określany jest ze wzoru:

-

gdzie F1i - przekroje poszczególnych elementów dolnej części kanału pośredniego, ξ2 - współczynnik oporu wlotu o przekroju F₂, ξ₁, - współczynniki oporu poszczególnych elementów dolnej części kanału pośredniego, h₀ - różnica poziomów cieczy w naczyniu ciepłym A i zimnym B, h₂ - wysokość słupa cieczy w naczyniu zimnym B nad wlotem 16.

W pierwszej fazie etapu zlewania, ciecz do kanału pośredniego wpływa jednocześnie wlotem umieszczonym w lejku zbierającym 15 oraz dodatkowym wlotem 16 umieszczonym poniżej tego lejka. Po obniżeniu poziomu nośnika w naczyniu B poniżej krawędzi lejka skropliny substancji pompującej przez lejek zostają wprowadzone do kanału pośredniego, a poziom cieczy w tym kanale spada poniżej dodatkowego wlotu 16 - fig. 6. Skropliny w kanale pośrednim mieszają się ze strumieniem nośnika wpływającym dodatkowym wlotem 16 i wraz z nim przepływają do naczynia ciepłego A. Na fig. 7 przedstawiono różnicę poziomów cieczy w naczyniach ciepłym A, zimnym B oraz kanale pośrednim 9, zapewniającą wymieszanie skroplin z ciekłym nośnikiem ciepła oraz ich zlanie z kanału pośredniego do naczynia ciepłego A.

P r z y k ł a d 4 - skraplacz

Odmianą urządzenia opisanego w przykładzie 2 i 3 wykonania wynalazku jest urządzenie pokazane na fig. 8, w którym para substancji pompującej skraplana jest w skraplaczu 17 oddając ciepło skraplania do otoczenia, przy czym para do skraplacza 17 dopływa kanałem 18, którego wlot umieszczony jest w górnej części naczynia zimnego B, a jest wyprowadzana w postaci skroplin kanałem zlewowym 19, natomiast zimny nośnik ciepła jest zlewany kanałem pośrednim 9, a wlot tego kanału jest umieszczony w dnie naczynia zimnego B.

Wylot kanału zlewowego 19 jest umieszczony w naczyniu ciepłym A w pobliżu jego dna pod powierzchnią cieczy, a skraplacz 17 jest usytuowany nad naczyniem ciepłym na wysokości nie mniejszej, jak określa to równanie:

Pskr _B gdzie: h _n._c. - poziom cieczy w naczyniu zimnym B mierzony od wylotu kanału zlewowego 19, ρ^ gęstość skroplin w kanale zlewowym 19, ρ_π._ο. - gęstość cieczy w naczyniu B, co zapewnia zlanie skroplin substancji pompującej z kanału zlewowego 19 do naczynia ciepłego A.

PL 217 073 B1

P r z y k ł a d 5 - przeponowy wymiennik ciepła-skraplacz

W odróżnieniu od urządzenia opisanego w przykładzie 4, w tym przykładzie wykonania wynalazku para substancji pompującej skrapla się w przeponowym wymienniku ciepła (skraplaczu) 17 zasilanym zimnym nośnikiem ciepła doprowadzanym bezpośrednio gałęzią podnośną 5 z chłodnicy 1, a wyprowadzanym kanałem 20 do naczynia zimnego B, przy czym wylot kanału 20 umieszczony jest pod powierzchnią cieczy w dolnej części naczynia zimnego B (fig. 9).

Para substancji pompującej, doprowadzona w etapie zlewania przez zawór sterujący do naczynia B, kanałem 18 przepływa do skraplacza 17, gdzie skrapla się oddając ciepło przez przeponę do przepływającego przez wymiennik zimnego nośnika ciepła. Skropliny substancji pompującej gromadzone są w kanale zlewowym 19, skąd, po tym jak ciśnienie hydrostatyczne tych skroplin na wylocie z tego kanału umieszczonym w naczyniu ciepłym A pod poziomem cieczy przy dnie tego naczynia przekroczy ciśnienie pary pompującej i nośnika w tym miejscu, zlewają się do naczynia A. W celu zapewnienia grawitacyjnego zlewania skroplin z kanału 19 do naczynia A, wysokość tego kanału, a tym samym wysokość, na jakiej zamocowany jest skraplacz 17 jest nie mniejsza jak określa to równanie:

Pskr _B gdzie: h _n._c. - poziom cieczy w naczyniu zimnym B mierzony od wylotu kanału zlewowego 19, ρ^ gęstość skroplin w kanale zlewowym 19, ρ^ - gęstość cieczy w naczyniu B.

P r z y k ł a d 6 - zawór pływakowy

W tej odmianie urządzenia zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego składającego się z naczynia dozującego 6, syfonu wypełniającego 7 oraz rury przepustowej 8 posiada pływak 21 umieszczony w naczyniu dozującym 6 połączony z zawieradłem 22, dodatkowy pływak 23 umieszczony bezpośrednio w naczyniu ciepłym A oraz mechanizm cięgnowy 24 łączący te pływaki (fig. 11). Po podniesieniu się poziomu nośnika ciepła w naczyniu ciepłym A do kolana syfonu 7, nośnik ciepła przez syfon 7 wypełnia naczynie dozujące 6 i unosi pływak 21. Ruch pływaka w górę powoduje uniesienie zawieradła 22 i zamknięcie rury przepustowej 8 - fig. 12, co rozpoczyna etap przetłaczania ogrzanego nośnika z naczynia ciepłego A przez chłodnicę 1 do naczynia zimnego B. Po spadku poziomu nośnika w naczyniu A do wysokości określonej długością cięgna 24, siła ciężkości pływaka 23 zostaje przeniesiona na pływak 21, co powoduje jego zatopienie, a tym samym otwarcie rury przepustowej 8 i wyrównanie ciśnienia pary w górnej części obiegu - fig. 13.

P r z y k ł a d 7 - naczynie wzbiorcze

Urządzenie pokazane na fig. 14, w celu zapobiegnięcia powstania podciśnienia podczas spadku temperatury w obiegu poniżej temperatury wrzenia substancji pompującej posiada naczynie wzbiorcze 25 przedzielone membraną przeciwpróżniową 26. Jedna część naczynia wzbiorczego otwarta jest do otoczenia, natomiast druga jest podłączona do gałęzi podnośnej - zimnej 5 tuż poniżej naczynia zimnego B. Gdy temperatura w urządzeniu spada poniżej temperatury wrzenia substancji pompującej, to ciśnienie otoczenia oddziaływujące na membranę 26 powoduje przetłoczenie nośnika ciepła z naczynia wzbiorczego 25 do urządzenia i tym samym całkowite jego wypełnienie - fig. 15. Po wzroście temperatury substancja pompująca paruje i wypiera nośnik ciepła z urządzenia do naczynia wzbiorczego 2, przy czym ilość wypartego nośnika określona jest pojemnością tego naczynia.

Claims

1. Sposób przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej, znamienny tym, że do strefy ogrzewania wprowadza się substancję pompującą, która nie rozpuszcza się w tym nośniku i ma temperaturę wrzenia niższą od temperatury wrzenia nośnika ciepła, następnie podgrzewa się nośnik ciepła i odparowuje substancję pompującą, a pod działaniem ciśnienia pary substancji pompującej wprowadza się ogrzany nośnik w ruch w gałęziach obiegu, a przepracowaną parę substancji pompującej przeprowadza z górnej części gałęzi ciepłej - opadowej do strefy o niższej temperaturze, gdzie zostaje skroplona, po czym skropliny ponownie wprowadzane są do strefy ogrzewania, a ilość substancji pompującej jest nie mniejsza niż potrzebna do wypełnienia parą przestrzeni obiegu

PL 217 073 B1 nie zajętej przez ciekły nośnik ciepła oraz do wypełnienia drogi zlewania skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że substancja pompująca umieszczona w zamkniętym obiegu, częściowo wypełnionym ciekłym nośnikiem ciepła, korzystnie ma gęstość mniejszą od tego nośnika.

3. Urządzenie do przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do cyrkulacji naturalnej jest wykonane w postaci obiegu zamkniętego zawierającego: dwie gałęzie ciepłą - opadową i zimną - podnośną, z jednej strony połączone chłodnicą, a z drugiej zakończone odpowiednio naczyniem ciepłym oraz zimnym, zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego, który składa się z naczynia dozującego, syfonu wypełniającego oraz rury przepustowej łączącej te naczynia w celu wyrównania ciśnienia w naczyniach, kanał pośredni do zlewania nośnika z naczynia do naczynia, zawory zwrotne zapewniające jednokierunkowy przepływ cieczy, znamienny tym, że w swojej budowie posiada środek techniczny służące do skraplania pary substancji pompującej, którym jest zimny nośnik zgromadzony w naczyniu zimnym (B), a para substancji pompującej ulega skropleniu w wyniku bezpośredniego kontaktu z tym nośnikiem, a środkiem do zlewania skroplin pary w urządzeniu jest kanał pośredni (9) zakończony teleskopową rurą wznoszącą (10) zamocowaną w taki sposób, że ma ona możliwość swobodnego ruchu pionowego wewnątrz kanału pośredniego (9), przy czym wlot tej rury znajduje się na zewnątrz kanału i przez pływaki (11) utrzymywany jest bezpośrednio pod powierzchnią cieczy w naczyniu zimnym.

4. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że środkiem technicznym służącym do zlania skroplin ze strefy skraplania do strefy parowania jest lejek (15) zamocowany na wlocie do kanału pośredniego (9) wyprowadzonego powyżej dna naczynia zimnego (B), przy czym kanał pośredni (9) pod lejkiem zbierającym (15) posiada drugi wlot (16), którego przekrój jest dobrany w taki sposób, że po obniżeniu się poziomu cieczy w naczyniu zimnym (B) poniżej lejka zbierającego (15) poziom nośnika w kanale pośrednim znajduje się poniżej wlotu (16).

5. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że posiada skraplacz (17), który znajduje się w kontakcie termicznym z otoczeniem, rurę (18) doprowadzającą parę do skraplacza, która łączy górną część naczynia zimnego (B) z górną częścią skraplacza (17) oraz kanał (19) zlewowy skroplin, a skraplacz (17) umieszczony jest powyżej naczynia ciepłego (A) na takiej wysokości, przy której ciśnienie hydrostatyczne skroplin u wylotu kanału (19) zlewowego jest wyższe od ciśnienia cieczy w naczyniu ciepłym (A).

6. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że skraplacz (17) w postaci przeponowego wymiennika ciepła z jednej strony przyłączony jest do gałęzi (5) zimnej - podnośnej i kanału (20) odprowadzenia zimnego nośnika, a z drugiej - do kanału (18) doprowadzenia pary z naczynia zimnego (B) oraz kanału (19) zlewania skroplin, którego wylot umieszczony jest pod powierzchnią cieczy w dolnej części naczynia ciepłego (A), przy czym wysokość kanału (19) jest taka, aby ciśnienie hydrostatyczne skroplin zgromadzonych w tym kanale u jego wylotu przewyższyło wartość ciśnienia w naczyniu ciepłym (A) w miejscu zamocowania wylotu tego kanału.

7. Urządzenie według zastrz. 3 albo 5, albo 6, znamienne tym, że zawór sterujący w postaci zamknięcia cieczowego składający się z naczynia dozującego (6), syfonu wypełniającego (7) oraz rury przepustowej (8) ma pływak (21) z zawieradłem (22) umieszczony w naczyniu dozującym (6) zamknięcia cieczowego, dodatkowy pływak (23) umieszczony bezpośrednio w naczyniu ciepłym (A) oraz cięgnowy mechanizm łączący (24), który łączy te pływaki.

8. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienne tym, że w celu zabezpieczenia przed spadkiem ciśnienia w urządzeniu poniżej ciśnienia atmosferycznego posiada naczynie wzbiorcze (25) otwarte do otoczenia z membraną przeciwpróżniową (26), przy czym po jednej stronie membrany (26) znajduje się nośnik ciepła, natomiast po drugiej - gaz o ciśnieniu otoczenia, a objętość robocza naczynia jest nie mniejsza niż taka, jaką zajmuje para substancji pompującej, kiedy ciśnienie w urządzeniu jest równe lub większe od ciśnienia otoczenia.