PL230038B1 - Generator wirów w słonecznym kolektorze powietrznym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator wirów powietrza do zastosowania w słonecznym kolektorze powietrznym w celu zwiększenia sprawności tego kolektora.

Znane z literatury naukowo-technicznej sposoby zwiększenia sprawności solarnych kolektorów powietrznych, wymienione w publikacji Inż. Ap. Chem. 2014, 53, 1,51-52 „Modelowanie zjawisk wymiany ciepła i transportu masy w solarnym podgrzewaczu powietrza” polegają na zwiększeniu powierzchni absorbera poprzez jego ukształtowanie, jak również, jak podano w cytowanej publikacji, poprzez zastosowanie techniki strumieni powietrza uderzających w powierzchnię absorbera. Z kolei autorzy publikacji „IEA-SHC Task 43: Solar rating and certification procedures White Paper on Solar Air Heating Collectors” z maja 2013 r., na str. 14, Fig. 7 wskazują na zależność sprawności kolektora powietrznego od masy podgrzewanego powietrza. Niska sprawność wymiany ciepła w kolektorach solarnych jest spowodowana cechami fizycznymi ogrzewanego medium - powietrza. W przepływie laminarnym tworzy się na ścianie absorbera warstwa przyścienna (pojęcie znane w aerodynamice), gdzie szczególne cechy powietrza opisane w cytowanej powyżej pracy, publikowanej w Inż. Ap. Chem., takie jak mała wartość przewodności i pojemności cieplnej przy dużym oporze przejmowania ciepła przyczyniają się do niskiej sprawności wymiany ciepła kolektorów powietrznych. Ogrzana warstwa przyścienna ze względu na swoje właściwości przekazuje z oporem energię kolejnej warstwie powietrza.

Istotą wynalazku jest generator wirów w słonecznym kolektorze powietrznym, w którym do kanału absorbera przyłączony jest wentylator promieniowy, charakteryzujący się tym, że stanowią go dwie oddalone od siebie i osadzone wzdłużnie w kanale absorbera przegrody, do rozdzielenia strumienia powietrza wytwarzanego w wentylatorze promieniowym na strumień środkowy i dwa strumienie boczne, przy czym wspomniane przegrody od strony wentylatora promieniowego są wyposażone w dwie płaszczyzny, umieszczone pod kątem do kierunku przepływu strumienia i zbieżnie w stronę wentylatora promieniowego, zaś krawędzie płaszczyzn są oddalone od siebie, ponadto kanał absorbera ma boczne otwory do zasysania dodatkowego powietrza biorącego udział w wymianie ciepła, które są usytuowane naprzeciwko strefy podciśnienia, znajdującej się pomiędzy wentylatorem promieniowym, a wspomnianymi krawędziami.

Laminarny strumień powietrza, wychodzący z wentylatora promieniowego o szerokości korzystnie 1/10 szerokości trzech kanałów absorbera i określonej prędkości przepływu, skierowany centralnie do układu trzech kanałów absorbera, zasila trzy kanały absorbera za pomocą rozdzielacza, którego krawędzie tworzą generator wirów. Do kanału środkowego absorbera wchodzi zasadnicza część zawirowanego strumienia powietrza, wypełniając całkowicie przestrzeń kanału, a do dwóch kanałów bocznych absorbera wchodzi pozostała część strumienia z wentylatora. Na krawędzi rozdzielacza zachodzi przejście z przepływu laminarnego na turbulentny. Boczny zawirowany strumień powietrza, kierowany do bocznego kanału absorbera w otwartej przestrzeni pomiędzy wylotem wentylatora a wlotem kanału absorbera, ograniczony z jednej strony ścianą generatora wirów, wytwarza korzystnie podciśnienie zgodnie ze znanym efektem Venturiego. Dodatkowy wlot powietrza atmosferycznego, umieszczony w pobliżu wytworzonej strefy podciśnienia (efekt Venturiego) i odpowiednio oddalony od strefy ssania wentylatora, zapewnia korzystnie dopływ dodatkowej masy powietrza, zapełniającej przestrzeń kanału absorbera.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest zwielokrotnienie masy powietrza biorącego udział w wymianie ciepła z wykorzystaniem efektu Venturiego. Zamiana przepływu laminarnego na turbulentny w generatorze wirów pozwala korzystnie na zerwanie warstwy przyściennej powietrza na powierzchni absorbera za pomocą wirów, przez co powietrze w całej swojej masie ma możliwość bezpośredniej wymiany ciepła na powierzchni absorbera.

Wysoce efektywna wymiana ciepła w absorberze słonecznego kolektora powietrznego uzyskana dzięki zastosowaniu wynalazku powoduje pożądany wysoki przyrost temperatury ogrzewanego w kolektorze powietrza, dzięki czemu przy minimalnym natężeniu promieniowania słonecznego możliwe jest uzyskanie dodatniego przyrostu temperatury powietrza, przy zachowaniu jego nominalnego przepływu przez kolektor.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku fig. 1, na którym przedstawiano trzy kanały absorpcyjne słonecznego kolektora powietrznego, gdzie wentylator promieniowy (1) zasysa powietrze z zewnątrz kolektora w obiegu zamkniętym lub z atmosfery. Zassany przez wentylator (1) strumień powietrza (2) napotyka na swojej drodze generator wirów (6) w postaci dwóch płaszczyzn umieszczonych pod kątem do kierunku przepływu strumienia, których krawędzie oddalone są od siebie, dzieląc strumień powietrza (2) na strumień (3) kanału środkowego i dwa strumienie boczne (4). Na krawędziach generatora następuje przemiana przepływu strumienia powietrza (2) z laminarnego na turbulentny. Do kanału środkowego wchodzi strumień powietrza w przepływie turbulentnym z ruchem wirowym

PL 230 038 B1 przeciwsobnym. Rozdzielone strumienie na krawędziach generatora wirów (6) zmieniają swój kierunek i zawężają przekrój przepływu strumienia (4) w miejscu zmiany kierunku, przyśpieszając ruch strumienia (4) i wywołując efekt Venturiego, strefę podciśnienia (7). Wytworzone podciśnienie efektem Venturiego zasysa powietrze (5) przez otwory boczne kolektora, oddalone od strefy podciśnienia wywołanego wentylatorem. Zassane powietrze (5) porywane jest ruchem strumienia (4) i wtłaczane do kanału absorbera. Wtłaczane powietrze do otwartych kanałów absorbera ma przepływ turbulentny, gdzie wiry powietrza skutecznie mieszają powietrze w całym przekroju kanału absorbera.

Claims (1)

1. Generator wirów w słonecznym kolektorze powietrznym, w którym do kanału absorbera przyłączony jest wentylator promieniowy, znamienny tym, że stanowią go dwie oddalone od siebie i osadzone wzdłużnie w kanale absorbera przegrody, do rozdzielenia strumienia powietrza (2) wytwarzanego w wentylatorze promieniowym (1) na strumień środkowy (3) i dwa strumienie boczne (4), przy czym wspomniane przegrody od strony wentylatora promieniowego (1) są wyposażone w dwie płaszczyzny (6), umieszczone pod kątem do kierunku przepływu strumienia (2) i zbieżnie w stronę wentylatora promieniowego (1), zaś krawędzie płaszczyzn (6) są oddalone od siebie, ponadto kanał absorbera ma boczne otwory (5) do zasysania dodatkowego powietrza biorącego udział w wymianie ciepła, które są usytuowane naprzeciwko strefy podciśnienia (7), znajdującej się pomiędzy wentylatorem promieniowym (1), a wspomnianymi krawędziami.