ТЕПЛОМАССОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике и гидравлике.

Известна контурная тепловая труба, имеющая испаритель, снабженный капиллярно-пористым телом, конденсатор, компенсационную полость и трубопроводы.

Для обеспечения функционирования контурной тепловой трубы необходима специальная подготовка как капиллярно-пористого тела (КПТ), так и теплоносителя (обезжиривание, дегазация, вакуумирование), а, кроме, того, в процессе изготовления испарителя требуются сложные технологические операции, а именно: изготовление мелкопористой структуры КПТ, обеспечение гарантированной посадки КПТ в цилиндрическую оболочку.

В качестве прототипа выбрано теплопередающее устройство, содержащее основной испаритель, конденсатор, вспомогательную камеру с обратными клапанами на входе и выходе, трубопроводы и дополнительный испаритель.

Для функционирования прототипа в качестве теплопередающего устройства необходимы два обратных клапана, вспомогательная камера, возвратная магистраль для жидкости, дополнительный испаритель.

Последовательное соединение вспомогательной камеры с дополнительным испарителем одной трубкой приводит к непредсказуемой дозировке жидкости, попадающей по ней в дополнительный испаритель, что сказывается на сужении диапазона рабочих тепловых нагрузок на дополнительный испаритель.

Задача, решаемая изобретением, заключается в организации периодического изменения давления, сопровождающегося повторяющимися во времени процессами заполнения жидкостью из внешнего контура постоянно нагреваемого испарителя, повышения давления и выталкивания подогретой жидкости и пара во внешнем контуре при увеличении надежности, расширении диапазона рабочих нагрузок на испаритель, расширении эксплуатационных возможностей, отсутствии специальной подготовки теплоносителя и исключении капиллярно-пористых структур.

В тепломассопередающем устройстве, содержащем испаритель, расположенную выше него камеру вытеснения, внутренняя полость которой соединена с испарителем паропроводом и жидкостным трубопроводом, магистраль внешней связи, соединенную с внутренней полостью камеры вытеснения, в которой расположены расходная емкость с горизонтальным срезом, установленная с зазором относительно внутренней поверхности камеры вытеснения, магистраль задержки в виде изогнутой трубки, верхняя точка которой расположена ниже горизонтального среза расходной емкости на расстоянии не более диаметра трубки, один из концов магистрали задержки помещен внутрь расходной емкости и имеет несмачиваемую насадку, установленную с зазором относительно нижней точки расходной емкости, а другой подсоединен к жидкостному трубопроводу, конец паропровода, входящий в камеру вытеснения, срезом направлен в полость расходной емкости, оснащен отбойником пара и находится выше горизонтального среза расходной емкости, магистраль внешней связи подсоединена к внутренней полости камеры вытеснения снизу.

Устройство содержит испаритель 1, камеру вытеснения 2, паропровод 3, жидкостный трубопровод 4, магистраль внешней связи 5, расходную емкость 6, магистраль задержки 7, несмачиваемую насадку 8, отбойник пара 9 и заправочный штуцер 10.

Испаритель 1, камера вытеснения 2 с расходной емкостью 6, паропровод 3, жидкостный трубопровод 4 образуют циркуляционный контур.

Подготовка тепломассопередающего устройства к работе начинается с его заправки теплоносителем, осуществляемой через заправочный штуцер. При этом первоначально заполняется расходная емкость, а при достижении жидкостью уровня верхней точки магистрали задержки идет заполнение испарителя через жидкостный трубопровод.

При подводе тепла к испарителю жидкость нагревается. Достижение ею температурного перегрева, достаточного для вскипания, ведет к образованию двухфазной смеси. По паропроводу смесь поступает в камеру вытеснения, где сепарируется на отбойнике пара. Пар остается во внутренней полости камеры вытеснения, а жидкость сливается в расходную емкость. Из расходной емкости жидкость снова поступает в испаритель.

Наличие отбойника пара в устройстве, кроме разделения двухфазной смеси, позволяет также устранить выплескивание жидкости из расходной емкости.

До тех пор, пока в расходной емкости достаточно жидкости для существования в магистрали задержки сплошного жидкостного потока, осуществляется непрерывная подпитка испарителя и генерация в нем двухфазной смеси. Это ведет к увеличению количества пара в камере вытеснения и росту его давления Как только давление пара превысит давление в магистрали внешней связи, начинается вытеснение жидкости из камеры вытеснения в магистраль внешней связи. Вместе с жидкостью из камеры вытеснения удаляется весь конденсат, образующийся из пара на внутренней поверхности камеры вытеснения. После полного освобождения объема камеры вытеснения от жидкости в магистраль внешней связи начинает поступать пар, который уносит с собой воздух, выделившийся при деаэрации жидкости.

Условие сплошности потока жидкости в магистрали задержки нарушается в тот момент, когда уровень жидкости в расходной емкости достигает нижнего среза магистрали задержки. При этом пар попадает внутрь магистрали задержки и разрывает столб жидкости. Это приводит к ухудшению условий подпитки испарителя, так как генерация пара сопровождается снижением уровня жидкости в магистрали задержки, а затем и в жидкостном трубопроводе. Наличие несма- чиваемой насадки позволяет предотвратить попадание малых порций жидкости за счет капиллярных сил в магистраль задержки.

Осушение жидкостного трубопровода, а затем и испарителя приводит к резкому снижению генерации пара. Процесс конденсации в камере вытеснения начинает превалировать над процессом образования пара, что ведет к падению давления в камере вытеснения. При достижении в ней давления пара, меньшего чем давление в магистрали внешней связи, начинается заполнение камеры вытеснения жидкостью через эту магистраль. На жидкости также идет конденсация пара, и разрежение в камере еще больше увеличивается. Увеличивается и скорость заполнения камеры вытеснения жидкостью.

Сначала жидкость поднимается в камере вытеснения до уровня горизонтального среза расходной емкости, а затем переливается через ее кромки по всему периметру среза. Увеличение уровня жидкости в расходной емкости продолжается до тех пор, пока не достигнет верхней точки магистрали задержки. После этого жидкость заполняет магистраль задержки, а затем через жидкостный трубопровод попадает во внутреннюю полость испарителя. Начинается процесс генерации пара. Давление в камере вытеснения растет. Это вначале уменьшает, а потом полностью останавливает запитку камеры вытеснения жидкостью через магистраль внешней связи.

Так как верхняя точка магистрали задержки размещена ниже горизонтального среза расходной емкости, генерация пара начинается раньше, чем жидкость полностью заполнит объем камеры вытеснения. Наличие прослойки пара между горизонтальным срезом расходной емкости и отбойником пара позволяет избежать барботажа образующейся в испарителе двухфазной смеси через жидкость, находящуюся в камере вытеснения. При этом устраняется дополнительная конденсация и, следовательно, падение давления пара. Поэтому интервал времени между процессами запитки и выталкивания жидкости сокращается.

Таким образом, в тепломассопередающем устройстве реализуется процесс периодического изменения давления, происходящий при постоянном темпе подвода тепла к испарителю. При этом осуществляются три основных повторяющихся процесса.

Первый. Процесс засасывания жидкости из внешнего по отношению к тепломассопередающему устройству контура через магистраль внешней связи.

Второй. Подогрев жидкости и повышение давления пара в устройстве.

Третий. Выталкивание жидкости, а затем и пара через магистраль внешней связи во внешний контур.

Соединение тепломассопередающего устройства с отношением объема расходной емкости к объему камеры вытеснения, большим 0,7 и меньшим 1,0 через магистраль внешней связи с внешним контуром, включающим в себя последовательно соединенные конденсатор и компенсационную полость, связанную с атмосферой, позволяет реализовать теплопередающее устройство, функционирующее при произвольной по отношению к испарителю, ориентации конденсатора внешнего контура.

Соединение тепломассопередающего устройства с отношением объема расходной емкости к объему камеры вытеснения, большим 0,1 и меньшим 0,5 через магистраль внешней связи с внешним контуром, включающим в себя клапанную коробку с входным и выходным обратными клапанами, присоединенными к питающему и подающему трубопроводам, позволяет реализовать массопередающее устройство насос.

Соединение тепломассопередающего устройства с отношением объема расходной емкости к объему камеры вытеснения, большим 0,5 и меньшим 1,0, через магистраль внешней связи с внешним контуром, включающим в себя клапанную коробку с входным и выходным обратными клапанами, присоединенными к питающему и подающему трубопроводам, на выход которого размещена герметичная компенсационная полость (ресивер), позволяет реализовать массопередающее устройство компрессор.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: в камере вытеснения установлена с зазором расходная емкость с горизонтальным срезом и магистраль задержки в виде изогнутой трубки. Верхняя точка ее расположена ниже горизонтального среза расходной емкости на расстоянии не более диаметра трубки. Один из концов магистрали помещен внутрь расходной емкости и снабжен несмачиваемой насадкой. Другой ее конец подсоединен к жидкостному трубопроводу. Конец паропровода в камере вытеснения срезом направлен в полость расходной емкости, снабжен отбойником пара и расположен выше горизонтального среза емкости. 1 ил.

ТЕПЛОМАССОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее испаритель, расположенную выше него камеру вытеснения, внутренняя полость которой соединена с испарителем паропроводом и жидкостным трубопроводом, и магистраль внешней связи, соединенную с внутренней полостью камеры вытеснения, отличающееся тем, что в камере вытеснения установлены с зазором к ее стенкам расходная емкость с горизонтальным срезом и магистраль задержки, выполненная в виде изогнутой трубки, верхняя точка которой расположена ниже горизонтального среза расходной емкости на расстоянии не более диаметра трубки, причем один из концов магистрали задержки помещен в расходную емкость и снабжен несмачиваемой насадкой, установленной с зазором относительно дна расходной емкости, а другой подсоединен с жидкостному трубопроводу, при этом конец паропровода, входящий в камеру вытеснения, срезом направлен в полость расходной емкости, снабжен отбойником пара и расположен выше горизонтального среза расходной емкости, а магистраль внешней связи подсоединена к внутренней полости камеры вытеснения снизу.