ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к ресурсосберегающей технологии, более конкретно - к холодильной технике и может быть использовано, в частности, в холодильных шкафах кухонь квартир жилых домов.

Известен холодильный шкаф, широко распределенный до начала массового выпуска бытовых электрохолодильников, который встраивался в помещение кухни жилого дома и постоянно сообщался в улицей сквозным каналом, выполненным в наружной стене. Открытый контакт шкафа с наружным воздухом нежелателен, в частности, из-за проникновения пыли и влаги.

Известно теплопередающее устройство [1] в виде тепловой трубы, содержащей корпус с капиллярно-пористым материалом на внутренней поверхности и средством термостатического регулирования в виде размещенного снаружи корпуса в зоне его поперечного разъема сильфона, жестко соединенного с обеими частями корпуса.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому существу (прототипом) является теплопередающее устройство [2], содержащее проходящую через стенку камеры тепловую трубу и средство регулирования создаваемого перепада температур, установленное на одном конце трубы с возможностью перемещения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Для этого в теплопередающем устройстве, содержащем проходящую через стенку камеры тепловую трубу и средство регулирования создаваемого перепада температур, установленное на одном конце трубы, упомянутое средство установлено на внутреннем опущенном конце наклонной к горизонтали трубы.

По меньшей мере внутренний конец трубы выполнен гибким, а упомянутое средство - в виде регулятора его высоты относительно его горизонтального положения, в частности в виде неподвижно установленного в камере над трубой сильфона, свободный конец которого соединен с ее внутренним концом. Труба может быть закреплена в стене с помощью шарнира.

В другом исполнении упомянутое средство выполнено в виде теплоизолирующего элемента, например отрезка или стакана, надетого на конец трубы с возможностью перемещения вдоль ее оси, от неподвижно установленного в камере сильфона, свободный конец которого соединен с теплоизолирующим элементом. Для охлаждения камеры, когда температура наружного воздуха превышает температуру в камере, труба между стенкой и упомянутым средством охвачена теплообменником, встроенным в систему холодного водоснабжения, или аккумулятором холода.

Применение упомянутых отличительных признаков в других известных совокупностях признаков заявителю не известно.

На фиг. 1 показано применение устройства в качестве холодильного шкафа; на фиг. 2 - тепловые трубы, вертикальный разрез; на фиг. 3 - тепловая труба с аккумулятором холода и теплообменником, вертикальный разрез; на фиг. 4 - вариант исполнения с гибкой тепловой трубой; на фиг. 5 - вариант исполнения с трубой на шарнире.

Предлагаемое средство состоит, в частности, из батареи наклонных тепловых труб 1, проходящих через теплоизолирующие втулки 2 в верхней части наружной стенки 3 камеры 4. Внутренний конец каждой трубы размещен ниже наружного, и на него надет теплоизолирующий элемент в виде, например, стакана 5 или отрезка трубы (не показано). На внутренней поверхности стенки 3 параллельно трубам закреплен сильфон 6, свободный конец которого посредством U-образного паза соединен с головкой регулировочного винта 7, ввинченного в резьбовое отверстие траверсы 8, соединенной со стаканами 5. Для предотвращения возникновения разрежения или избыточного давления между торцом трубы 1 и дном перемещаемого стакана 5 в его дне предусмотрено сквозное отверстие.

Между стенкой 3 и стаканом 5 каждая труба 1 охвачена находящимся с ней в контакте теплообменником 9, встроенным в систему холодного водоснабжения между входным и выходным вентилями (не показаны), расположенными вне камеры 4.

Для улучшения теплопередачи и сокращения длины выступающих наружных концов тепловых труб их наружную поверхность выполняют оребренной (не показано).

Для увеличения хода стаканов 5 сильфон 6 может быть соединен с траверсой 8 системой рычагов (на фиг. 2 не показано).

Улучшение теплопередачи можно достичь также, используя распространенные в современном жилом строительстве гофрированные металлические ограждения балконов, для чего ввести с ними в контакт наружные концы труб так, чтобы они, закрывая наружные концы труб, устанавливались на некотором расстоянии от стены, образовывая канал для конвективного потока воздуха и увеличивая таким образом теплоотдачу труб.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В исходном положении регулируют винтом 7 закрываемую длину труб 1.

Когда температура наружного воздуха ниже чем в камере, вентили теплообменника закрывают и сливают из него воду, трубы 1 охлаждают воздух в верхней части камеры, а затем за счет конвекции охлаждается остальной объем камеры.

При максимально высокой температуре в камере сильфон имеет максимальную длину, внутренние концы труб 1 максимально открыты. При понижении температуры в камере сильфон сжимается, надвигает стаканы на трубы, автоматически регулируя таким образом степень охлаждения трубами 1 камеры. Степень закрывания стаканами 5 труб регулируется винтом 7. Там, где это целесообразно, трубы могут закрываться стаканами вручную на заранее рассчитанную в зависимости от температуры наружного воздуха длину.

Когда температура наружного воздуха равна или выше чем в камере, трубы 1 не охлаждают камеру, а ее охлаждение осуществляется из теплообменника 9 путем пропускания через него холодной воды, например водопроводной, после открытия его вентилей. Контактирующие с теплообменником 9 внутренние концы труб 1 повышают эффект охлаждения за счет увеличения охлаждающей поверхности.

При необходимости охлаждение теплообменниками 7 может быть применено как дополнительное и при температуре наружного воздуха, менее низкой, чем в камере.

Во втором варианте исполнения между стенкой и стаканом 5 каждая труба охвачена находящимся с ней в контакте аккумулятором холода, выполненным аналогично, например, элементу для хранения замороженных продуктов по ТУ-27-04-93-67. Это позволяет с учетом внутрисуточного перепада температур наружного воздуха, когда, например, ночью эта температура ниже, а днем выше 0^оС, увеличить продолжительность охлаждения тепловой трубой камеры.

Установка аккумулятора 10 может сочетаться с установкой теплообменника 9, которые могут быть смонтированы как последовательно вдоль трубы 1, так и концентрично.

В третьем варианте исполнения внутренний конец трубы 1 входит через термоизолирующую втулку задней стенки электрохолодильника (не показано), установленного у наружной стены помещения так, что его задняя стенка параллельна, в верхнюю часть его камеры, в частности в морозильное отделение, где прижимается к его боковой стенке, например, хомутиком. На участок трубы 1 между стеной помещения и холодильником надета теплоизолирующая труба.

Когда температура наружного воздуха ниже, чем в помещении, то в зависимости от заданной терморегулятором холодильника температуры, его холодильный агрегат в результате дополнительного охлаждения трубой 1 будет включаться реже, чем при традиционной эксплуатации холодильника. Это снизит потребление электроэнергии и повысит срок службы холодильника.

При значительном понижении температуры наружного воздуха для предотвращения снижения температуры в холодильнике ниже заданной внутренний конец трубы 1 закрывают теплоизолирующим элементом, например стаканом. Для этого предварительно снимают хомутик и надетый на конец тепловой трубы отрезок дополнительной трубы из материала с теплопроводностью, равной или большей теплопроводности материала тепловой трубы.

В четвертом варианте исполнения внутренний конец трубы 1 находится в контакте с конденсатором электрохолодильника (не показано), установленного у наружной стены помещения так, что его задняя стенка ей перпендикулярна, и прижат к конденсатору по всей длине контакта, например, теплоизолирующей крышкой. Тепловая труба помогает отводить тепло, выделяемое конденсатором, улучшая условия его работы, а следовательно, и всего холодильника. Это целесообразно делать при размещении холодильника в помещении с большими тепловыделениями, например на кухне.

В пятом варианте исполнения предложение может быть использовано для подогрева полезного объема термоизолированного контейнера для хранения продуктов в холодное время года, установленного на балконе и прижатого к наружной стенке здания. В смежной с балконом комнате у такой стены, как правило, устанавливают радиаторы отопления. Тепловую трубу (не показано) устанавливают так, что ее нижний внутренний конец размещен над радиатором, далее труба проходит через наружную стену и примыкающую стенку контейнера и входит верхним концом внутрь контейнера.

Регулирование степени подогрева полезного объема контейнера осуществляют с помощью теплоизолирующего элемента аналогично описанному в первом варианте. Внутренний диаметр теплоизолирующего элемента выполнен несколько большего размера, чем наружный диаметр тепловой трубы, образуя между ними постоянный зазор, а на его переднем конце выполнен внутренний кольцевой выступ, непосредственно контактирующий с трубой (для исполнения элемента в виде стакана) или дополнительно еще несколько аналогичных выступов, равнорасположенных вдоль оси (для исполнения элемента в виде отрезка трубы). При изготовлении теплоизолирующего элемента из упругого материала выступ выполняют за одно целое со всем элементом, а при изготовлении элемента из жесткого материала выступ выполняют в виде уплотнительного кольца, установленного во внутренний кольцевой паз элемента. Такое исполнение элемента обеспечивает снижение его трения о трубу и беспрепятственное перемещение по ней в случае ее обледенения.

В шестом варианте исполнения (не показано) тепловая труба выполнена из гибкого материала, а ее внутренний конец входит в нижнее отверстие гибкой ленты, закрепленной в камере над трубой, в результате чего внутренний конец трубы опущен ниже его горизонтального положения и находится в позиции охлаждения камеры, или в верхнее отверстие ленты, в результате чего внутренний конец трубы поднят выше его горизонтального положения и находится в положении прекращения охлаждения.

В седьмом варианте исполнения, в отличие от шестого, внутренний конец трубы 11 через втулку 12 соединен со свободным концом сильфона 13, смонтированного над трубой. При повышении (понижении) температуры в камере сильфон опускает (поднимает) конец трубы, которая соответственно начинает (прекращает) охлаждение камеры. Винт 14 через пружину 15 соединен с втулкой 12 и служит для регулирования работы сильфона 13.

В восьмом варианте жесткая тепловая труба закрепляется в стене на шарнире и за счет его подвижности поднимается или опускается в вертикальной плоскости под действием сильфона 13.

Предлагаемое устройство целесообразно применять в холодильных шкафах, встраиваемых в кухни квартир жилых домов для долговременного хранения фруктов, овощей, картофеля, консервов.

Еще одной областью применения предложения могут быть транспортные средства: морские, речные суда - для охлаждения, в частности, машинного отделения, трюмов со скоропортящимися продуктами, откуда тепловые трубы пропускают наружу, например, через палубу; авторефрижераторы, железнодорожные вагоны-рефрижераторы с пропусканием тепловых труб наружу, например, через крышу.

Предложение можно применить в элеваторах, где тепловые трубы будут охлаждать как воздух над уровнем зерна, так и само зерно, погружая в него внутренние концы труб. В последнем случае теплоизолирующие элементы надеваются на наружные концы тепловых труб. Таким образом предложение позволяет добиться энергосбережения в области холодильной техники.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: теплообменник содержит установленную в стенке камеры тепловую трубу. Внутренний конец ее расположен ниже наружного. На нем расположен регулятор. Последний может быть выполнен в виде механизма перемещения внутреннего конца трубы или охватывающего этот конец теплоизолирующего элемента. Этот элемент установлен с возможностью продольного перемещения. Механизм перемещения может быть выполнен в виде сильфона. На внутреннем конце трубы между стенкой камеры и регулятором расположен теплообменник. Теплообменник подключен к системе холодного водоснабжения. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее проходящую через стенку камеры тепловую трубу, установленную, наклонно к горизонтальной оси и снабженную регулятором, при этом конец трубы, расположенный в камере, установлен ниже наружного конца, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, регулятор установлен на конце трубы, расположенном в камере. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конец трубы, расположенный в камере, выполнен гибким, а регулятор выполнен в виде механизма перемещения этого конца относительно горизонтали. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что механизм перемещения выполнен в виде установленного в камере над трубой сильфона, один конец которого жестко соединен с камерой, а другой - с концом трубы, расположенным в этой камере. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор выполнен в виде теплоизолирующего элемента, охватывающего трубу и установленного с возможностью продольного перемещения. 5. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что теплоизолирующий элемент выполнен в виде отрезка трубы. 6. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что теплоизолирующий элемент выполнен в виде стакана. 7. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что, с целью автоматизации, в камере дополнительно установлен сильфон, один конец которого жестко закреплен, а другой соединен с теплоизолирующим элементом. 8. Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что, с целью охлаждения камеры при превышении температурой наружного воздуха температуры воздуха в камере, на участке трубы, расположенном в камере, между стенкой камеры и регулятором установлен теплообменник, подключенный к системе холодного водоснабжения. 9. Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что на участке трубы, расположенном в камере, между стенкой камеры и регулятором установлен аккумулятор холода. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что труба в стенке камеры закреплена шарнирно, а регулятор выполнен в виде механизма вертикального перемещения конца трубы, расположенного в камере.