Zespół
Autor i główny wykonawca: dr inż. Paweł Szymański
(wynalazek powstał jako efekt pracy doktorskiej pod opieką prof. dr hab. inż. Dariusza Mikielewicza z Katedry Energetyki i Aparatury Przemysłowej, Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej).

Istota wynalazku

Celem pracy było zbudowanie oryginalnego wymiennika ciepła – parownika, który połączył w sobie własności tradycyjnej rurki ciepła i pompy kapilarnej. Parownik taki zbudowany został w oparciu o obiegową rurkę ciepła - LHP (ang. Loop Heat Pipe) i dzięki wzbudzanym w nim siłom kapilarnym i grawitacyjnym wspomagał pompowanie płynu w obiegu termodynamicznym.

Praca była realizowana we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną, a dokładniej z firmą „IberEspacio - Tecnologia Aerospacial, która jest oficjalnym poddostawcą Europejskiej Agencji Kosmicznej. Firma ta jest zainteresowana praktycznym wykorzystaniem wyników teoretycznych i eksperymentalnych badań, gdyż zjawiska związane wymiennikami opartymi na obiegowej rurce ciepła LHP są bardzo istotne dla rozwoju firmy. Firma ta aktualnie pracuje nad budową najnowocześniejszych urządzeń kosmicznych, które pozwolą na dalsze innowacje w budowie statków kosmicznych, takie jak wykorzystanie lepiej rozmieszczonych odbiorników ciepła, co może nawet otworzyć nowy rozdział w misjach kosmicznych na Marsa.

Przedstawione w pracy wyniki badań można również wykorzystać w wielu innych perspektywicznych zastosowaniach technicznych, m.in. do budowy wymiennika ciepła pracującego np. w mikrosiłowni domowej, obiegach chłodniczych, klimatyzacyjnych i innych. Wykorzystanie sił kapilarnych spowoduje zmniejszenie wymaganej mocy pompowania pompy obiegowej pracującej w obiegu termodynamicznym (która w przypadku czynników niskowrzących jest znacząca), a zatem zmniejszenie poboru energii elektrycznej, którą pobiera pompa obiegowa, w konsekwencji obniżenie emisji CO2, a co się z tym wiąże, ograniczenie degradacji środowiska naturalnego.
Zalety wykorzystania parownika z przepływem wspomaganym siłami kapilarnymi i grawitacyjnymi:
• Znaczne zmniejszenie mocy pompowania pompy cyrkulacyjnej pracującej w obiegu termodynamicznym (m.in. mikrosiłownia domowa, obiegi chłodnicze, klimatyzacyjne), która w przypadku czynników niskowrzących jest znacząca,
• Zwiększenie kompaktowości układu,
• Zmniejszenie poboru energii elektrycznej, którą pobiera pompa cyrkulacyjna,
• Zmniejszenie emisji CO2 a co za tym idzie, zanieczyszczenia środowiska.

Korzyści

W Polsce istnieje szereg firm (Secespol Sp z o.o., PBUCH S.A., Klimawent S.A., Klimor Sp z o.o., AiC S.A.) zajmujących się wytwarzaniem wymienników ciepła na potrzeby ogrzewnictwa, klimatyzacji i okrętownictwa. Opracowana koncepcja nowatorskiego wymiennika ciepła cieszy się bardzo dużym zainteresowaniem powyższych firm. Ze względu na szerokie możliwe spektrum zastosowań, komercjalizacja rozwiązania w dużych seriach produkcyjnych pozwoliłaby na rozwój firm wytwarzających wymienniki ciepła, oraz wzrost poziomu ich zatrudnienia. Dodatkowo dzięki modernizacji zakładów przemysłowych (np. LOTOS, POLPHARMA itp.) poprzez wyposażenie ich w efektywniejsze wymienniki, możliwe jest ograniczenie zużywanej w procesach produkcyjnych energii oraz poprawę jakości energetycznej procesów cieplnych. Proponowane wykorzystanie parownika pętlowej rurki ciepła w mikrosiłowni domowej pozwoli, oprócz efektu ekonomicznego, ograniczona może zostać emisja CO2 do atmosfery, co pozytywnie wpłynie na środowisko naturalne.

Zwiększanie wydajności zespołów elektronicznych, przy kompaktowych rozmiarach pozwoliłoby na uatrakcyjnienie oferowanych przez nich produktów, a także wprowadzenie nowych zminiaturyzowanych aktualnie wytwarzanych urządzeń (INTEL). Zastosowaniem precyzyjnego chłodzenia zainteresowane także są firmy budowlane, gdzie poważnym problemem jest pękanie skurczowe fundamentów.

Dzięki rozwijanej technologii, oraz szerokiej współpracy z przemysłem powstają potrzeby dla nowoczesnych przedsiębiorstw poszukujących nowych produktów i konkurencyjnych rozwiązań technologicznych. Ponadto szeroka współpraca z przemysłem powala tworzyć Politechnice Gdańskiej nowe, wspólne programy badawczo-rozwojowe z firmami przemysłowymi, a co się z tym wiąże powstają nowe miejsca pracy.

Potencjał komercjalizacji

Branże do których skierowana jest oferta/której przewiduje się zastosowanie/wdrożenia:
Przede wszystkim: Przemysł kosmiczny, ale również: Ciepłownictwo; Chłodnictwo; Klimatyzacja; Przemysł ciężki; Okrętownictwo; Medycyna; Elektronika; Przemysł IT (chłodzenie wysokiej mocy procesorów, laptopów serwerów etc.); Instytucje naukowo-badawcze; Jednostki badawczo – rozwojowe; Praktycznie zakres wykorzystania tego typu urządzeń jest nieograniczony.

WYNIKI BADAŃ WSKAZUJĄ NA DUŻE MOŻLIWOŚCI WDROŻENIA!
• Aktualnie w Laboratorium Maszynowym PG trwają prace nad innowacyjną mikrosiłownią parową w której parownik pętlowej rurki ciepła wykorzystujący siły kapilarne i grawitacyjne do transportu płynu pozwoli zmniejszyć gabaryty i moc pompy cyrkulacyjnej wymaganej w obiegu. Moc ta jest stosunkowo duża w przypadku mikrosiłowni, gdzie w obiegu wykorzystywany jest czynnik niskowrzący.
• Parownik pętlowej rurki ciepła, może być z powodzeniem użyty w innych urządzeniach wymiany ciepła i masy (m.in. chłodnictwo i klimatyzacja). Jak dotąd w tych gałęziach przemysłu wykorzystywano „tradycyjne” rurki ciepła jednak w porównaniu tego, pętlowa rurka ciepła LHP ma znacząco więcej zalet - łączy w sobie własności tradycyjnej rurki ciepła i pompy kapilarnej i jest stanie przetransportować dużo większe ilości ciepła niż klasyczna rurka ciepła oraz nie jest wrażliwe na zmiany w orientacji w polu grawitacyjnym.
• Projekt powstał wspólnie z Hiszpańską firmą „IberEspacio – Tecnologia Aerospacial” w której powstaje stanowisko pomiarowo - badawcze do testowania prototypów wymienników ciepła opartych o pętlową rurkę ciepła.
• Aktualnie trwają rozmowy z międzynarodową korporacją INTEL. Planuje się wykorzystać pętlową rurkę ciepła do intensyfikacji chłodzenia powierzchni wysoko obciążonych cieplnie (procesory, laptopy, serwery). Wykorzystanie LHP w celach odprowadzania ciepła z urządzeń elektronicznych otwiera nowe możliwości w budowie komputerów, stacji roboczych, aparatury badawczej, stacji pomiarowych etc.