УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1994 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к перегородкам для сред с разной температурой, обладающим свойством односторонней проводимости и может быть использовано в теплотехнике.

Известны устройства для тепловой защиты объектов, например, климатических камер, содержащие эквидистантно расположенные внутреннюю и наружную стенки, образующие полость.

Недостаток известных устройств заключается в невозможности изменять теплопроводность при изменении теплового потока и в незначительной интенсивности теплоотвода.

Известен теплоизоляционный кожух, предназначенный для снижения перепадов температуры энерговыделяющих элементов, содержащий внешнюю и внутреннюю оболочки, соединенные между собой, с образованием между ними герметичной полости, заполненной сорбирующимся газом или паром, твердый газопоглотитель, размещенный на внутренней поверхности наружной оболочки. При высокой температуре окружающей среды давление газа в герметичной полости высокое за счет нагрева твердого газопоглотителя наружной оболочки и теплопроводность кожуха велика, что обеспечивает эффективный отвод тепла от энерговыделяющего объекта, размещенного в кожухе. При понижении температуры окружающей среды снижается температура газопоглотителя и он начинает поглощать газ из герметичной полости до установления определенного давления, соответствующего этой температуре. При этом теплопроводность кожуха уменьшается, и температура размещенного в нем объекта снижается в меньшей степени, чем температура окружающей среды.

Недостатком известного устройства является незначительная интенсивность теплоотвода и малая величина отводимого теплового потока.

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для тепловой защиты объектов. Устройство содержит две плиты, выполненные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, меди или другого подобного материала, теплопроводы, установленные на внешней поверхности одной из плит с хорошим тепловым контактом и выполненные, например, из термобиметалла. Поверхности плит покрыты лучеотражающим составом. В полости между плитами, опирающимися на теплоизоляционные плиты, для улучшения теплоизоляционных свойств стенки создан вакуум.

Известное устройство - перегородка в термокамерах при проведении циклических температурных испытаний позволит сократить время перехода с одного теплового режима на другой.

Недостатком известного устройства является незначительная интенсивность теплоотвода и малая величина отводимого теплового потока.

Целью изобретения является односторонняя передача тепла большой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для термостатирования объектов в заданных пределах температур, содержащее эквидистантно расположенные внутреннюю и наружную стенки, образующие полость, в которой с равным шагом на внешней поверхности внутренней стенки закреплены теплопередающие элементы, согласно изобретению теплопередающие элементы выполнены в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, выполненными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капиллярной структурой, отвакуумиpованного и заполненного рабочей жидкостью, например, этиловым эфиром, при этом тепловые панели установлены с обеспечением зазора относительно внутренней поверхности наружной стенки.

Сущность изобретения заключается в передаче теплового потока от камеры с источником тепловыделения к камере теплосъема при повышении температуры в камере тепловыделения до предельно допустимого значения путем автоматического перемещения теплопередающего элемента, выполненного из сильфона, сообщенного с пустотелой тепловой панелью, заполненных капиллярной структурой, отвакуумированных и заполненных рабочей жидкостью, имеющей низкую температуру кипения и прекращения передачи теплового потока от камеры тепловыделения путем автоматического возвращения теплопередающего элемента в исходное положение, в котором между тепловой панелью и стенкой теплосъема обеспечивается зазор при снижении температуры в камере тепловыделения ниже предельно допустимой за счет снижения рабочего давления в полости сильфона и его упругих свойств.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство для тепловой защиты объектов отличается тем, что теплопередающие элементы выполнены в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, выполненными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капилярной структурой, отвакуумированного и заполненного рабочей жидкостью, при этом тепловые панели установлены с обеспечением зазора относительно внутренней поверхности наружной стенки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Известно техническое решение устройства для тепловой защиты объектов, целью которого является обеспечение регулирования температуры передаваемого через устройство теплового потока и, в итоге, обеспечение регулирования процессом теплообмена. В этом устройстве тепловой поток передается через теплопроводные пластины. Теплопроводные пластины обладают ограниченной теплопроводностью, что в целом ограничивает функциональные возможности устройства. Заявляемое устройство для тепловой защиты объектов отличается тем, что теплопередающие элементы, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, имеют аномально высокую теплопроводность (в несколько тысяч раз большую, чем обычные металлы) при передаче тепла от поверхности входа к поверхности выхода, то есть способны передавать большие потоки тепла при малых температурных перепадах.

Таким образом, анализ известных технических решений (аналогов), в исследуемой области и смежных областях, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве для термостатирования объектов и признать заявляемое решение соответствующим критерию "Существенные отличия".

На чертеже показан общий вид устройства, разрез.

Устройство для термостатирования объектов содержит плиты 1 и 2, выполненные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, теплопередающие элементы 3, установленные на внешней поверхности плиты 2 с хорошим тепловым контактом и выполненные в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, изготовленными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капиллярной структурой. В процессе изготовления герметичный объем с капиллярной структурой вакуумируется и заполняется рабочей жидкостью. В зависимости от условий использования устройства выбирается рабочая жидкость. При монтаже тепловые панели устанавливаются с зазором относительно внутренней поверхности наружной стенки, равным рабочему ходу теплопередающих элементов. В полости между плитами 1 и 2 установлены теплоизоляционные кронштейны 4, для улучшения теплоизоляционных свойств стенки создан вакуум.

Если плита 1 соприкасается со средой, температуры которой Т₁, а плита 2 - со средой с температурой Т₂(Т₂>Т₁), то при заданной температуре Т₂ пеплопередающие элементы 3, изменяя свои размеры, входят в тепловой контакт с внутренней поверхностью плиты 1, и теплопроводность всей стенки будет максимальной.

Теплопередающие элементы 3 изменяют свои размеры за счет испарения части рабочей жидкости в герметичном объеме. При этом в районе плиты 1 образуется зона испарения, а в районе плиты 2 в пустотелых тепловых панелях образуется зона конденсации. Теплопередающие элементы 3 работают в режиме тепловой трубы.

Если плита 1 соприкасается со средой, температура которой Т₂, а плита 2 - со средой с температурой Т₁(Т₂>Т₁), то при той же заданной температуре Т₂ теплообменные элементы 3 не входят в тепловой контакт с внутренней поверхностью плиты 1, так как тепловой обмен происходит в основном за счет лучистой энергии, которая сведена до минимума отражающими поверхностями плит 1 и 2 и теплообменных элементов 3, и таким образом, теплопроводность стенки будет минимальной (стенка будет тепловым изолятором). Теплообменные элементы 3 в этом случае уменьшили свои размеры ввиду снижения температуры рабочей жидкости. Пары рабочей жидкости конденсируются в герметичном объеме, давление паров падает, за счет упругих свойств сильфоны приобретают свою первоначальную форму. Теплообменные элементы 3 возвращаются в исходное положение, обеспечивая зазор относительно внутренней поверхности наружной стенки.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: камеры установлена в камере с зазором. На внешней стенке камеры расположены тепловые трубы с зазором по отношению к камере. Они установлены с возможностью перемещения и контакта при определенных температурах с камерой. 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ в заданных пределах температур, содержащее эквидистантно расположенные внутреннюю и наружную камеры, образующие полость, в которой с равным шагом на внешней поверхности внутренней камеры с зазором по отношению к внутренней стенке наружной камеры закреплены термочувствительные элементы, отличающееся тем, что последние выполнены в виде заполненных теплоносителем и капиллярной структурой отвакуумированных тепловых труб, корпус которых выполнен герметичным и образован двумя теплопередающими пустотелыми панелями из материала с высокой теплопроводностью посредством сильфона. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя тепловых труб использован этиловый эфир.