ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК F28D15/00 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем, а именно к тепловым трубам, и может быть использовано в качестве устройства для отопления жилых или производственных помещений, а также в качестве дистиллятора.

Известен теплообменный аппарат с промежуточным теплоносителем, содержащий тепловую трубу с испарителем, частично заполненным промежуточным теплоносителем, и конденсатором, размещенным выше испарителя и заполненным инертным газом [1]
Недостатком такого теплообменного аппарата является необходимость использования в конденсаторе инертного газа и необходимость обеспечения высоких прочностных свойств аппарата из-за повышенного давления в конденсаторе при увеличении объема инертного газа за счет его нагрева при работе аппарата.

Известен также теплообменный аппарат с конденсационно-газовым охлаждением, включающий тепловую трубу, содержащую испаритель, частично заполненный промежуточным теплоносителем, и конденсаторную батарею с газовым охлаждением, размещенную выше испарителя, и дополнительную емкость, частично заполненную промежуточным теплоносителем и разделенную гофрированной перегородкой на две секции, каждая из которых снабжена штуцером с запорным вентилем, а нижняя секция соединена с тепловой трубой посредством патрубков, в месте подсоединения которых к тепловой трубе установлен подпружиненный поршень [2]
Недостатком этого теплообменного аппарата является необходимость использования для его работы газа, охлаждающего конденсатор. Другой недостаток заключается в сложности конструкции аппарата.

Еще один известный теплообменный аппарат представляет собой тепловую трубу, испаритель которой частично заполнен жидким теплоносителем, а выше испарителя расположен конденсатор, причем в испарителе установлена вставка в виде обечайки с открытыми концами и профильными щелями [3]
Недостатком известного теплового аппарата является необходимость обеспечения герметичности и высоких прочностных свойств аппарата из-за увеличения давления во внутреннем объеме аппарата при переходе жидкого теплоносителя в газообразную фазу в процессе передачи тепла от испарителя к конденсатору.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является теплообменный аппарат, содержащий соединенный трубопроводом, частично заполненный теплоносителем испаритель и расположенный над ним конденсатор, причем по внутренней поверхности трубопровода уложен сетчатый фитиль [4]
Недостатком известного теплообменного аппарата является ограниченность его функциональных возможностей, так как он может быть использован лишь по прямому назначению, а именно как устройство для передачи тепла от испарителя к конденсатору. Другой недостаток заключается в высоких требованиях по обеспечению герметичности аппарата, что усложняет его изготовление, повышает стоимость, требует использования достаточно прочных конструкционных материалов.

Изобретение, излагаемое в настоящей заявке, предусматривает создание простого многофункционального бытового теплообменного аппарата, который помимо функции устройства для обогрева помещений, т.е. передачи тепла от испарителя через конденсатор к воздушной среде отапливаемого помещения, может быть использован одновременно и как дистиллятор, в котором исключаются требования к герметичности конструкции, а также сопутствующие им требования по механической прочности.

Указанный общественно полезный результат достигается тем, что теплообменный аппарат, содержащий соединенные трубопроводом частично заполненный теплоносителем испаритель и расположенный над ним конденсатор, снабжен регулируемым запорным органом, установленным в трубопроводе, и расположенным в днище конденсатора патрубком, выступающим в его полость и соединяющим ее с атмосферой.

Анализ доступных источников информации показал, что предложенное техническое решение не известно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию "новизна".

Предложенный теплообменный аппарат исключает недостатки известного устройства, а именно, в отличие от прототипа он многофункционален и не требует герметичности конструкции. Достигается это тем, что при установке регулируемого запорного органа в положение с меньшим проходным сечением конденсат, представляющий собой, например, дистиллированную воду, поступает не в испаритель, а через патрубок в днище конденсатора в специальную приемную емкость. В этом режиме работы теплообменный аппарат наряду с функцией устройства отопления выполняет роль дистиллятора. Во всех режимах работы аппарата патрубок в днище конденсатора связывает полость теплообменного аппарата с атмосферой, что исключает необходимость герметичного исполнения конструкции устройства. Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение создает положительный эффект, который выражается в том, что теплообменный аппарат, работая в режиме обогревателя, одновременно может выполнять функции дистиллятора. Другим качественным преимуществом предложенного технического решения является то, что внутренний объем устройства связан с атмосферой, в связи с чем к прочностным свойствам материала конденсатора не предъявляется высоких требований и конденсатор может быть изготовлен по любой известной технологии из тонкостенного металла либо из любого другого материала, работающего при температуре 100^oC, например, из пластмассы, пленки, клеенки и т.д. если в качестве промежуточного теплоносителя используется вода. Изложенное свидетельствует о том, что изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На чертеже схематично изображен предложенный теплообменный аппарат.

Теплообменный аппарат содержит испаритель 1, частично заполненный жидким теплоносителем 2, конденсатор 3, размещенный выше испарителя 1 и соединенный с ним трубопроводом 4, в котором установлен регулируемый запорный орган 5, и патрубок 6, расположенный в днище конденсатора 3 и выступающий в его полость. В качестве регулируемого запорного органа 5 может быть использован, например, двухходовой пробковый кран с взаимно перпендикулярными проходными отверстиями в пробковой части, площади поперечных сечений которых не равны между собой.

Стрелками на чертеже показан подвод тепла к испарителю 1 и отвод тепла от конденсатора 3.

Устройство работает следующим образом.

При подводе тепла к испарителю 1 жидкий теплоноситель 2 переходит в газовую фазу и в виде пара поступает в конденсатор 3 через транспортную зону, образованную трубопроводом 4 и регулируемым запорным органом 5. В своей конструкционной совокупности испаритель 1 трубопровод 4 регулируемый запорный орган 5 конденсатор 3 представляют собой систему "конфузор-диффузор" с дискретно регулируемой площадью проходного сечения транспортной зоны. Пройдя по системе "конфузор-диффузор", пар в конденсаторе 3 расширяется, его давление и степень сухости уменьшаются, что с учетом подпора атмосферным давлением исключает прохождение пара через патрубок 6 в окружающую среду. При соприкосновении влажного пара со стенками конденсатора 3 происходит теплообмен с окружающей средой. Одновременно пар конденсируется и конденсат в виде капель или пленки теплоносителя под действием гравитационных сил стекает по стенкам на дно конденсатора 3 и через трубопровод 4 и регулируемый запорный орган 5 поступает в испаритель 1. Площадь поперечного сечения проходного отверстия регулируемого запорного органа 5 и паропроизводительность испарителя 1 согласованы таким образом, что при работе теплообменного аппарата в этом режиме поступающий в конденсатор 3 пар не препятствует свободному (естественному) стеканию конденсата в испаритель1.

При изменении положения регулируемого запорного органа 5 уменьшают площадь поперечного сечения его проходного отверстия. В этом положении регулируемого запорного органа 5 теплообменный аппарат работает в комбинированном режиме: одновременно с функцией обогревателя он выполняет функцию дистиллятора. В этом случае в качестве теплоносителя 2 используют воду. Уменьшение площади поперечного сечения проходного отверстия регулируемого запорного органа 5 приводит к увеличению скорости истечения пара из трубопровода 4 в конденсатор 3. Площадь поперечного сечения проходного отверстия и паропроизводительность испарителя 1 согласованы между собой так, что при работе теплообменного аппарата в этом режиме конденсат, стремящийся стечь из конденсатора 3 в испаритель 1 через регулируемый запорный орган, отбрасывается струей пара из транспортной зоны и в виде водяной пленки растекается по дну конденсатора 3. Когда толщина водяной пленки превысит высоту части патрубка 6, выступающей над днищем конденсатора 3 водяной конденсат, являющийся дистиллятором, начнет перетекать из полости теплообменного аппарата в приемную емкость (не показана).

Работа аппарата в этом режиме сопровождается звуковой сигнализацией - характерным пощелкиванием, возникающим при отбрасывании водяной пленки струей пара из транспортной зоны в конденсатор 3. Уменьшение частоты пощелкиваний или их прекращение свидетельствует о необходимости доливки воды в испаритель 1.

В сравнении с прототипом описываемое устройство многофункционально, в его конструкции исключаются требования по герметизации, уменьшается материалоемкость конденсатора.

Использование: для отопления жилых или производственных помещений. Сущность изобретения: устройство содержит частично заполненный теплоносителем испаритель и конденсатор, который размещен выше испарителя и снабжен запорной регулируемой арматурой. Она соединяет испаритель с конденсатором. 1 ил.

Теплообменный аппарат, содержащий соединенные трубопроводом частично заполненный теплоносителем испаритель и расположенный над ним конденсатор, отличающийся тем, что в трубопроводе установлен регулируемый запорный орган, а в днище конденсатора расположен патрубок, выступающий в его полость и соединяющий ее с атмосферой.