ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F28D15/00 

Изобретение предназначено для применения в области теплопередачи, в частности в конструкциях теплопередающих устройств, например домашних бытовых холодильников или низкотемпературных термостатов для термостабилизации элементов электронной аппаратуры.

Известно теплопередающее устройство, выбранное в качестве прототипа к теплопередающему устройству, содержащее нагревательный и охлаждающий элементы и систему гидравлически соединенных каналов нагревательного и охлаждающего элементов, охлаждаемого и нагреваемого объектов [1].

Недостатком этой конструкции является, во-первых, ее низкая эффективность. Это объясняется тем, что не все количество холода, произведенного в теплоносителе в канале охлаждающего элемента (на холодных спаях), идет на охлаждение канала охлаждаемого объекта. Температура теплоносителя на входе в канал охлаждающего элемента (равная температуре теплоносителя на выходе из канала нагреваемого объекта) выше температуры теплоносителя на выходе из канала охлаждаемого объекта. Часть производимого в единицу времени холода, не используемая далее на охлаждение охлаждаемого объекта, определяется как неэффективно используемая часть холодопроизводительности охлаждающего элемента. В устройстве-прототипе она равна произведению количества циркулирующего через канал охлаждающего элемента теплоносителя в единицу времени, ее удельной теплоемкости и разности между температурой теплоносителя на входе в канал охлаждающего элемента и температурой теплоносителя на выходе из канала охлаждаемого объекта.

Во-вторых, известная конструкция работоспособна лишь тогда, когда канал нагревательного элемента расположен под нагреваемым объектом.

Целью изобретения является повышение эффективности и работоспособности при любой ориентации в пространстве.

Известно устройство для подачи теплоносителя в испаритель в виде парожидкостной смеси, выбранное в качестве прототипа к устройству для подачи теплоносителя, содержащее последовательно соединенные каналы испарения и конденсации, а также нагревательный и охлаждающий элементы [2].

Недостатком этой конструкции является ее низкая эффективность. Для осуществления процесса испарения теплоносителя в канале испарения требуется количество энергии, равное количеству тепла, снимаемого в канале конденсации.

Целью изобретения также является повышение эффективности.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции теплопередающего устройства, содержащего нагревательный и охлаждающий элементы и систему гидравлически соединенных каналов нагревательного и охлаждающего элементов, а также каналов охлаждаемого и нагреваемого объектов, канал нагревательного элемента выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость. Поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а система каналов выполнена в виде последовательного соединения канала нагревательного элемента через каналы нагреваемого и охлаждаемого объектов с каналом охлаждающего элемента или в виде последовательного соединения канала нагреваемого объекта через канал охлаждаемого объекта и через канал охлаждающего элемента с каналом нагревательного элемента или в виде последовательного соединения канала охлаждаемого объекта через канал охлаждающего элемента и через канал нагревательного элемента с каналом нагреваемого объекта или в виде последовательного соединения канала охлаждающего элемента через канал нагревательного элемента и через канал нагреваемого объекта с каналом охлаждаемого объекта.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции устройства для подачи теплоносителя, содержащего последовательно соединенные каналы испарения и конденсации, устанавливается трансформатор тепла с нагревательным и охлаждающим элементами, при этом канал испарения соединяется с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а канал конденсации соединяется с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом трансформатора тепла. Канал испарения может быть выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, при этом внутри испарительной полости поверхность капиллярно-пористой насадки выполняется соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом. В качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла могут быть использованы соответственно поверхности горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что канал нагревательного элемента выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а система каналов выполнена в виде последовательного соединения канала нагревательного элемента через каналы нагреваемого и охлаждаемого объектов с каналом охлаждающего элемента или в виде последовательного соединения канала нагреваемого объекта через канал охлаждаемого объекта и через канал охлаждающего элемента с каналом нагревательного элемента или в виде последовательного соединения канала охлаждаемого объекта через канал охлаждающего элемента и через канал нагревательного элемента с каналом нагреваемого объекта или в виде последовательного соединения канала охлаждающего элемента через канал нагревательного элемента и через канал нагреваемого объекта с каналом охлаждаемого объекта.

Заявляемое устройство для подачи теплоносителя отличается тем, что установлен трансформатор тепла с нагревательным и охлаждающим элементами, канал испарения соединен с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а канал конденсации соединен с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом трансформатора тепла.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема теплопередающего устройства; на фиг.2 представлена замкнутая схема, на фиг. 3 и 4 изображены частные примеры выполнения канала нагревательного элемента, на фиг.5 показана схема теплопередающего устройства с использованием трансформатора тепла, на фиг.6 изображен пример выполнения капиллярного мостика, на фиг.7 и 8 показаны два примера устройства для подачи теплоносителя, в частности на фиг.8 показано выполнение канала испарения в виде камеры с капиллярно-пористой насадкой.

Теплопередающее устройство содержит нагревательный элемент 1 с каналом 2, охлаждающий элемент 3 с каналом 4, а также канал 5 нагреваемого объекта и канал 6 охлаждаемого объекта. Канал 2 нагревательного элемента выполнен в виде камеры 7, внутри которой установлена капиллярно-пористая насадка 8, разделяющая камеру на полость питания 9 и испарительную полость 10. Поверхность капиллярно-пористой насадки 8 внутри испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом 1. При этом система каналов выполнена в виде последовательного соединения канала 2 нагревательного элемента через канал 5 нагреваемого объекта и канал 6 охлаждаемого объекта с каналом 4 охлаждающего элемента (фиг.1).

Система каналов может быть выполнена в виде последовательного соединения канала нагреваемого объекта через канал охлаждаемого объекта и через канал охлаждающего элемента с каналом нагревательного элемента или в виде последовательного соединения канала охлаждаемого объекта через канал охлаждающего элемента и через канал нагревательного элемента с каналом нагреваемого объекта или в виде последовательного соединения канала охлаждающего элемента через канал нагревательного элемента и через канал нагреваемого объекта с каналом охлаждаемого объекта.

Система последовательных каналов может быть выполнена замкнутой (фиг.2).

Полость питания 9 может быть выполнена соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом 11. При этом в полости питания часть поверхности капиллярно-пористой насадки 8 может быть выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом 11 (фиг.3). Часть корпуса камеры в зоне полости питания может быть соединена с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом, причем при этом в полости питания поверхность капиллярно-пористой насадки выполняется соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса в области теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом (фиг.3).

В полости питания 9 перед поверхностью капиллярно-пористой насадки 8 может быть расположен слой 12 структуры, состоящей из расположенных перпендикулярно к поверхности слоя трубчатых каналов 13 и соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом 11 (фиг.4).

Может быть установлен дополнительный канал 14 для переброса части теплоносителя из канала 5 нагреваемого объекта в полость питания 9 канала нагревательного элемента, при этом дополнительный канал 14 может быть снабжен каналом 15 дополнительного охлаждения (фиг.5).

Может быть установлен капиллярный мостик 16 между капиллярно-пористой насадкой канала нагревательного элемента и каналом нагреваемого объекта для перекачки конденсата к поверхности капиллярно-пористой насадки (фиг.6).

Канал нагреваемого объекта может быть выполнен по длине канала с уменьшающимся в направлении перемещения теплоносителя сечением (фиг.2).

Часть внутренней поверхности канала охлаждаемого объекта может быть снабжена капиллярно-пористой структурой 17 (фиг.2).

Канал охлаждаемого объекта может быть выполнен в виде камеры 18, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой 19 полость питания 20 и испарительная полость 21, при этом поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с охлаждаемым объектом 22 (фиг.5).

Полость питания 20 канала охлаждаемого объекта может быть выполнена соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом 23 (фиг.5).

Может быть установлен дополнительный канал 24 из канала охлаждающего элемента в полость питания канала охлаждаемого объекта. Дополнительный канал может быть снабжен каналом 25 дополнительного охлаждения (фиг.5).

В качестве нагревательных 1 и охлаждающих 3 элементов могут быть использованы соответственно нагревательный и охлаждающий элементы трансформатора тепла 26. В качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла могут быть использованы соответственно поверхности горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи (фиг.5).

Часть корпуса камеры 7 в зоне испарительной полости 10 может быть соединена с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом 1, причем в испарительной полости поверхность капиллярно-пористой насадки 8 может быть выполнена соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса камеры 7 в области теплового контакта с нагревательным элементом 1. Соединение отдельными участками поверхности капиллярно-пористой насадки 8 и внутренней поверхности корпуса камеры 7 в области теплового контакта с нагревательным элементом 1 может быть осуществлено с помощью шипов 27, выполненных на внутренней поверхности корпуса камеры и контактирующих с поверхностью капиллярно-пористой насадки 8. Шипы 27 могут быть выполнены с прорезями 28 (фиг.4).

Устройство для подачи теплоносителя содержит последовательно соединенные каналы испарения 29 и конденсации 30, а также трансформатор тепла 31 с нагревательным 32 и охлаждающим 33 элементами. При этом канал испарения соединен с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а канал конденсации соединен с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом.

Канал испарения может быть выполнен в виде камеры 34, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой 35 полость питания 36 и испарительная полость 37, при этом внутри испарительной полости поверхность капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом 32.

В качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла могут быть использованы соответственно поверхности горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи.

Работу теплопередающего устройства рассмотрим для двух схем последовательного соединения каналов.

В первой схеме рассмотрим устройство в виде последовательного соединения канала 2 нагревательного элемента через канал 5 нагреваемого объекта и канал 6 охлаждаемого объекта с каналом 4 охлаждающего элемента (фиг.1). Теплопередающее устройство работает в этом случае следующим образом. Выделяемое нагревательным элементом 1 тепло через тепловой контакт поступает к поверхности капиллярно-пористой насадки в испарительной полости. Здесь происходит парообразование на образующихся испаряющих менисках, и под действием капиллярных сил теплоноситель поступает сюда из полости питания 9 через капиллярно-пористую насадку.

Из испарительной полости 10 пар поступает в канал 5 нагреваемого объекта, конденсируясь в котором, отдает теплоту конденсации. Когда поперечное сечение канала нагреваемого объекта в каком-либо месте полностью перекрывается конденсатом, тогда образовавшийся столбик жидкости под действием давления паров переносится далее по каналу нагреваемого объекта, подвергаясь дальнейшему сбросу тепла. После выхода из канала нагреваемого объекта конденсат поступает в канал 6 охлаждаемого объекта, где происходит парообразование вследствие уменьшения давления паров теплоносителя в канале 4 охлаждающего элемента.

При парообразовании в канале охлаждаемого объекта забирается скрытая теплота парообразования, что приводит к отводу тепла от охлаждаемого объекта. Образующийся пар поступает в канал 4 охлаждающего элемента и конденсируется. Работа устройства в общем виде описана.

Опишем теперь работу теплопередающего устройства с использованием трансформатора тепла по второй схеме (фиг.5), когда каналы расположены в следующей последовательности: канал охлаждающего элемента, канал нагревательного элемента, канал нагреваемого объекта и канал охлаждаемого объекта. Пусть это будет тепловой насос.

Пар низкого потенциала поступает в канал 4 охлаждающего элемента трансформатора тепла 26 (в качестве последнего может использоваться поверхность холодных спаев термоэлектрической батареи) и, конденсируясь здесь, отдает теплоту конденсации. После выхода из канала охлаждающего элемента одна часть теплоносителя поступает в полость питания 9 канала нагревательного элемента, а другая часть (излишек) в полость питания 20 канала охлаждаемого объекта через дополнительный канал 24 и через канал 25 дополнительного охлаждения. Если паросодержание теплоносителя, перетекающего по дополнительному каналу, не равно нулю, то в канале дополнительного охлаждения продолжается процесс конденсации.

Тепло, выделяемое нагревательным элементом 1 трансформатора тепла 26 (поверхностью горячих спаев термоэлектрической батареи), поступает через тепловой контакт к поверхности капиллярно-пористой насадки в испарительной полости 10 канала нагревательного элемента. Здесь происходит парообразование на образующихся испаряющих менисках, под действием капиллярных сил теплоноситель поступает сюда из полости питания 9 через капиллярно-пористую насадку 8. Из испарительной полости 10 пар высокого потенциала поступает в канал 5 нагреваемого объекта, конденсируясь в котором, отдает теплоту конденсации (эта теплота может использоваться для обогрева помещения).

После выхода из канала нагреваемого объекта одна часть теплоносителя поступает в полость питания 20 канала охлаждаемого объекта 22, а другая (излишек) - через дополнительный канал 14 и через канал 15 дополнительного охлаждения в полость питания 9 канала нагревательного элемента. В полости питания 20 канала охлаждаемого объекта часть тепла может быть снята дополнительным охлаждающим элементом 23. Для совершения парообразования в канале охлаждаемого объекта используется низкопотенциальное тепло (может быть использовано тепло с пространства, наружного по отношению к обогреваемому помещению). Из испарительной полости 21 канала охлаждаемого объекта пар низкого потенциала удаляется.

Заявляемое устройство и по второй схеме последовательного соединения каналов работает как теплопередающее устройство, тепло поступающего низкопотенциального пара с использованием трансформатора тепла преобразуется в высокопотенциальное тепло.

Таким образом, рассмотрена работа заявленного устройства для двух схем последовательного соединения каналов. Остальные две схемы последовательного соединения каналов также успешно работоспособны.

Выполнение канала нагревательного элемента в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, осуществление соединения отдельными участками с обеспечением теплового контакта поверхности капиллярно-пористой насадки с нагревательным элементом и последовательное соединение каналов по любой из четырех схем повышает эффективность устройства и делает ее работоспособной при любой ориентации в пространстве, т.е. при любом расположении каналов охлаждаемого и нагреваемого объектов относительно охлаждающего элемента.

Повышение эффективности устройства в случае первой схемы последовательного соединения каналов (фиг. 1) обусловлено существенным уменьшением неэффективно используемой части холодопроизводительности (равна произведению количества циркулирующего теплоносителя в единицу времени, ее удельной теплоемкости и разности между температурой теплоносителя на выходе из канала нагреваемого объекта и температурой жидкости при парообразовании в канале охлаждаемого объекта). В заявляемом устройстве тепло от канала охлаждаемого объекта к каналу охлаждающего элемента переносится паром, поэтому количество циркулирующего теплоносителя существенно меньше, чем в устройстве-прототипе при одинаковых поверхностях теплообмена и тепловых нагрузках в каналах охлаждаемого объекта. Поскольку существенно уменьшается количество циркулирующего теплоносителя, то существенно уменьшается и неэффективно используемая часть холодопроизводительности. Для остальных схем последовательного соединения каналов также можно показать повышение эффективности.

При первой схеме последовательного соединения каналов (фиг.1) прокачка теплоносителя по каналам нагреваемого и охлаждаемого объектов и через канал охлаждающего элемента осуществляется за счет разности давлений пара в испарительной полости канала нагревательного элемента и за каналом охлаждающего элемента, которые определяются температурами в соответствующих областях. Поэтому устройство работоспособно при любой ориентации в пространстве, т.е. при любом расположении канала нагревательного элемента относительно канала нагреваемого объекта.

Если теплопередающее устройство выполнено с замкнутой системой каналов, то оно может быть использовано автономно как холодильник или тепловой насос.

Выполнение полости питания соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом повышает работоспособность устройства за счет понижения давления в полости питания. Если в полости питания часть поверхности капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом, то обеспечивается поддержание поверхности капиллярно-пористой насадки при более низкой температуре, что исключает нежелательное выпадение конденсата в других участках полости питания. Такое выполнение наиболее просто осуществляется путем соединения части корпуса камеры в зоне полости питания с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом, причем в полости питания поверхность капиллярно-пористой насадки выполняется при этом соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса в области теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. Наибольший эффект достигается при расположении в полости питания перед поверхностью капиллярно-пористой насадки слоя со структурой, состоящей из расположенных перпендикулярно к поверхности слоя трубчатых каналов и соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. В этом случае поступающий конденсат сразу направляется по охлаждаемым трубчатым каналам в капиллярно-пористую насадку.

Выполнение теплопередающего устройства с дополнительным каналом, соединяющим канал нагреваемого объекта с полость питания канала нагревательного элемента улучшает работу устройства, поскольку убирается излишнее количество конденсата из выхода канала нагреваемого объекта. При этом наличие канала дополнительного охлаждения исключает попадание пузырьков пара в полость питания канала нагревательного элемента.

Установка капиллярного мостика между капиллярно-пористой насадкой канала нагревательного элемента и каналом нагреваемого объекта улучшает работу устройства за счет удаления излишнего количества конденсата из канала нагреваемого объекта.

Выполнение канала нагреваемого объекта по длине канала с уменьшающимся в направлении перемещения теплоносителя сечением обеспечивает проталкивание теплоносителя в канал охлаждаемого объекта. По мере перемещения теплоносителя по длине канала нагреваемого объекта в процессе конденсации паросодержание уменьшается, в узкой части канала конденсат перекрывает сечение канала и переносится далее под действием разности давлений.

Выполнение внутренней поверхности канала охлаждаемого объекта снабженной капиллярно-пористой структурой обеспечивает равномерное распределение теплоносителя по парообразующей поверхности, а также сохранность жидкости в канале для обеспечения постоянной рабочей готовности.

При выполнении канала охлаждаемого объекта в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, и при соединении отдельными участками с обеспечением теплового контакта поверхности капиллярно-пористой насадки в испарительной полости с охлаждаемым объектом достигается возможность работы устройства при любой ориентации канала охлаждаемого объекта в пространстве. Если полость питания канала охлаждаемого объекта выполнена соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом, то повышается работоспособность устройства за счет обеспечения непрерывного, более гарантированного поступления конденсата в полость питания.

Размещение дополнительного канала, соединяющего канал охлаждающего элемента с полостью питания канала охлаждаемого объекта улучшает работу устройства за счет удаления излишнего количества конденсата из канала охлаждающего элемента. При этом дополнительный канал может быть снабжен каналом дополнительного охлаждения, что исключает попадание пузырьков пара в полость питания канала охлаждаемого объекта.

Использование в качестве нагревательного и охлаждающего элементов соответственно нагревательного и охлаждающего элементов трансформатора тепла повышает энергетическую эффективность устройства. Использование поверхностей горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи делает при этом устройство наиболее компактным.

Выполнение части корпуса камеры в зоне испарительной полости канала нагревательного элемента соединенной с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом и выполнение в испарительной полости поверхности капиллярно-пористой насадки соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса в области теплового контакта с нагревательным элементом представляет собой наиболее технологичный вариант изготовления. При этом соединение отдельными участками поверхности капиллярно-пористой насадки и внутренней поверхности корпуса в области теплового контакта с нагревательным элементом с помощью шипов, выполненных на внутренней поверхности корпуса и контактирующих с поверхностью капиллярно-пористой насадки, позволяет изготовить пароотводную систему на внутренней поверхности корпуса без выполнения обработки поверхности капиллярно-пористой насадки.

Выполнение шипов с прорезями повышает эффективность устройства, поскольку при этом увеличивается поверхность парообразования за счет того, что прорези позволяют дополнительно осуществлять отвод пара от испаряющих менисков капиллярно-пористой насадки, расположенных под шипами.

Канал нагревательного элемента, по сути являющийся в заявляемом устройстве каналом испарения, и последовательно соединенный с ним канал нагреваемого объекта, по сути являющийся каналом конденсации, составляют совместно с нагревательным элементом и нагреваемым объектом устройство для подачи теплоносителя, в частности устройство для подачи теплоносителя в канал охлаждаемого объекта теплопередающего устройства.

Устройство для подачи теплоносителя работает следующим образом. Поступающий в канал испарения теплоноситель под воздействием тепла, выделяемого нагревательным элементом, подвергается процессу парообразования. Образуемая здесь парожидкостная смесь с некоторым паросодержанием поступает в канал конденсации, в котором происходит конденсация пара и снижение паросодержания, при этом выделяемое при конденсации тепло через тепловой контакт отводится к охлаждающему элементу. Тепло с более низкой температурой с охлаждающего элемента трансформатора тепла отводится за счет потребления внешней энергии (электроэнергии) к нагревательному элементу с более высокой температурой. На величину этого количества тепла требуется меньше энергии для осуществления процесса испарения в канале испарения. Поскольку не все количество пара конденсируется в канале конденсации (количество тепла, выделяемое нагревательным элементом, на величину затрачиваемой внешней энергии превышает количество тепла, поглощаемое охлаждающим элементом), то парожидкостная смесь не переводится целиком в однофазное состояние (в состояние с нулевым паросодержанием). Далее парожидкостная смесь под действием разности давлений пара подается по назначению.

Снабжение устройства для подачи теплоносителя трансформатором тепла с нагревательным и охлаждающим элементами и выполнение канала испарения соединенным с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а канала конденсации соединенным с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом повышает эффективность устройства. Повышение эффективности устройства связано с уменьшением количества энергии, затрачиваемого на работу устройства для выработки в единицу времени некоторого количества парожидкостной смеси с некоторым паросодержанием. Объясняется это уменьшение переводом тепла конденсации в канал испарения посредством использования трансформатора тепла. Выполнение канала испарения в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, а также соединение с обеспечением теплового контакта поверхности капиллярно-пористой насадки в испарительной полости с нагревательным элементом делает устройство работоспособным при любой ориентации в пространстве канала конденсации относительно канала испарения. Использованием в качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла соответственно поверхностей горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи достигается компактность устройства.

В заключение опишем работу теплопередающего устройства с применением устройства для подачи теплоносителя.

Рассмотрим устройство в виде последовательного соединения испарительной полости 10 (37) канала нагревательного элемента через каналы нагреваемого 5 (через канал конденсации 30) и охлаждаемого 6 объектов с каналом 4 охлаждающего элемента (фиг.9). Теплопередающее устройство работает в этом случае следующим образом. Тепло, выделяемое нагревательным элементом 1 (нагревательным элементом 32 трансформатора тепла 31), через тепловой контакт поступает к поверхности капиллярно-пористой насадки 8 (35) испарительной полости. Здесь происходит парообразование на образующихся испаряющих менисках. Теплоноситель поступает сюда из полости питания 9 (36). Из испарительной полости пар поступает в канал 5 нагреваемого объекта (канал конденсации 30), конденсируясь в котором, отдает теплоту конденсации охлаждающему элементу 33 трансформатора тепла 31. В трансформаторе тепла за счет потребления внешней энергии (электроэнергии) тепло с охлаждающего элемента с более низкой температурой переводится в тепло с более высокой температурой, выделяемое нагревательным элементом. Поскольку не все количество пара конденсируется в канале нагреваемого объекта, то образуется парожидкостная смесь. Под действием давления паров парожидкостная смесь из канала нагреваемого объекта поступает в канал 6 охлаждаемого объекта, где происходит парообразование.

В некоторых конструкциях канала охлаждаемого объекта наличие пузырьков на входе в канал играет положительную роль. Пузырьки способствуют устойчивому протеканию процесса парообразования в канале охлаждаемого объекта.

При парообразовании в канале охлаждаемого объекта забирается скрытая теплота парообразования, что приводит к отводу тепла от охлаждаемого объекта. Образующийся пар поступает в канал 4 охлаждающего элемента, конденсируется и отводится.

Источники информации
1. Авт.св. 309214, F 25 В 21/02, 1971, БИ 22.

2. SU, авт.св. 1092358 A, F 28 D 15/00, 15.05.1984.

Изобретение предназначено для применения в конструкциях теплопередающих устройств, например домашних бытовых холодильниках или низкотемпературных термостатах. Теплопередающее устройство, содержит нагревательный элемент, охлаждающий элемент и систему гидравлически соединенных каналов нагревательного элемента, охлаждающего элемента, охлаждаемого объекта и нагреваемого объекта, причем канал нагревательного элемента выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, при этом поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а система каналов выполнена в виде последовательного соединения канала нагревательного элемента через каналы нагреваемого и охлаждаемого объектов с каналом охлаждающего элемента или в виде последовательного соединения канала нагреваемого объекта через канал охлаждаемого объекта и через канал охлаждающего элемента с каналом нагревательного элемента или в виде последовательного соединения канала охлаждающего элемента через канал нагревательного элемента и через канал нагреваемого объекта с каналом охлаждаемого объекта. Устройство для подачи теплоносителя состоит из последовательно соединенных канала испарения и канала конденсации, причем устройство снабжено трансформатором тепла с нагревательным и охлаждающим элементами, а канал испарения соединен с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, канал конденсации соединен с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом. Изобретение позволяет добиться повышения эффективности и работоспособности устройства при любой ориентации в пространстве. 2 с. и 21 з.п.-лы, 9 ил.

1. Теплопередающее устройство, содержащее нагревательный элемент, охлаждающий элемент и систему гидравлически соединенных каналов нагревательного элемента, охлаждающего элемента, охлаждаемого объекта и нагреваемого объекта, отличающееся тем, что канал нагревательного элемента выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, при этом поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а система каналов выполнена в виде последовательного соединения канала нагревательного элемента через каналы нагреваемого и охлаждаемого объектов с каналом охлаждающего элемента или в виде последовательного соединения канала нагреваемого объекта через канал охлаждаемого объекта и через канал охлаждающего элемента с каналом нагревательного элемента или в виде последовательного соединения канала охлаждаемого объекта через канал охлаждающего элемента и через канал нагревательного элемента с каналом нагреваемого объекта или в виде последовательного соединения канала охлаждающего элемента через канал нагревательного элемента и через канал нагреваемого объекта с каналом охлаждаемого объекта. 2. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что система каналов выполнена замкнутой. 3. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что полость питания выполнена соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. 4. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в полости питания часть поверхности капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. 5. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что часть корпуса камеры в зоне полости питания соединена с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом, причем в полости питания поверхность капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса в области теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. 6. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в полости питания перед поверхностью капиллярно-пористой насадки расположен слой со структурой, состоящей из расположенных перпендикулярно к поверхности слоя трубчатых каналов и соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. 7. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что установлен дополнительный канал из канала нагреваемого объекта в полость питания канала нагревательного элемента. 8. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что между капиллярно-пористой насадкой канала нагревательного элемента и каналом нагреваемого объекта установлен капиллярный мостик. 9. Теплопередающее устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительный канал снабжен каналом дополнительного охлаждения. 10. Теплопередающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что канал нагреваемого объекта выполнен по длине канала с уменьшающимся в направлении перемещения теплоносителя сечением. 11. Теплопередающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что часть внутренней поверхности канала охлаждаемого объекта снабжена капиллярно-пористой структурой. 12. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что канал охлаждаемого объекта выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, при этом поверхность капиллярно-пористой насадки в испарительной полости выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с охлаждаемым объектом. 13. Теплопередающее устройство по п.12, отличающееся тем, что полость питания канала охлаждаемого объекта выполнена соединенной с обеспечением теплового контакта с дополнительным охлаждающим элементом. 14. Теплопередающее устройство по п.12, отличающееся тем, что установлен дополнительный канал из канала охлаждающего элемента в полость питания канала охлаждаемого объекта. 15. Теплопередающее устройство по п.14, отличающееся тем, что дополнительный канал снабжен каналом дополнительного охлаждения. 16. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагревательных и охлаждающих элементов используются соответственно нагревательный и охлаждающий элементы трансформатора тепла. 17. Теплопередающее устройство по п.16, отличающееся тем, что в качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла используются соответственно поверхности горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи. 18. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что часть корпуса камеры в зоне испарительной полости соединена с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, причем в испарительной полости поверхность капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с внутренней поверхностью корпуса в области теплового контакта с нагревательным элементом. 19. Теплопередающее устройство по п.18, отличающееся тем, что соединение отдельными участками поверхности капиллярно-пористой насадки и внутренней поверхности корпуса в области теплового контакта с нагревательным элементом осуществляется с помощью шипов, выполненных на внутренней поверхности корпуса и контактирующих с поверхностью капиллярно-пористой насадки. 20. Теплопередающее устройство по п.19, отличающееся тем, что шипы выполнены с прорезями. 21. Устройство для подачи теплоносителя, содержащее последовательно соединенные канал испарения и канал конденсации, отличающееся тем, что устройство снабжено трансформатором тепла с нагревательным и охлаждающим элементами, при этом канал испарения соединен с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом, а канал конденсации соединен с обеспечением теплового контакта с охлаждающим элементом. 22. Устройство для подачи теплоносителя по п.21, отличающееся тем, что канал испарения выполнен в виде камеры, в которой образованы разделенные капиллярно-пористой насадкой полость питания и испарительная полость, при этом внутри испарительной полости поверхность капиллярно-пористой насадки выполнена соединенной отдельными участками с обеспечением теплового контакта с нагревательным элементом. 23. Устройство для подачи теплоносителя по п.21, отличающееся тем, что в качестве нагревательных и охлаждающих элементов трансформатора тепла используются соответственно поверхности горячих и холодных спаев термоэлектрической батареи.