Изобретение - теплообменная система - относится к теплопередающим устройствам, может быть использовано для отвода тепла на большие расстояния, а также может быть использовано в качестве холодильника. На основе этого изобретения могут быть разработаны различные изделия и приборы с терморегулированием для использования в быту и медицине.
Известна теплообменная система (Патент РФ №2115869, F 25 В 21/02, F 28 D 15/02, 20.07.1998), содержащая замкнутый контур, состоящий из основного теплообменного канала, устройства прокачки теплоносителя и вспомогательного теплообменного канала. Основной и вспомогательный теплообменные каналы соединены каналом подачи теплоносителя. При этом устройство прокачки теплоносителя выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с одного из теплообменных каналов и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал. В известном устройстве теплоноситель через канал подачи поступает в теплообменный канал с более низким давлением порциями в виде столбика жидкости, т.е. поступает в виде парожидкостной среды.
Поскольку давления пара в теплообменных каналах могут сильно различаться, то не исключается возможность прорыва больших количеств горячей паровой массы с одного из теплообменных каналов в другой теплообменный канал, что снижает эффективность работы теплообменной системы.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы теплообменной системы.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Теплообменная система содержит замкнутый контур, состоящий из основного теплообменного канала, устройства прокачки теплоносителя, вспомогательного теплообменного канала и канала подачи теплоносителя, соединяющего основной и вспомогательный теплообменные каналы, при этом устройство прокачки теплоносителя выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с одного из теплообменных каналов и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал, а канал подачи теплоносителя выполнен в виде канала с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, при этом во время работы теплообменной системы капиллярная перегородка канала подачи оказывает сопротивление проникновению пара, определяемое взаимодействием менисков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки канала подачи, или сопротивление перетеканию парожидкостной среды, которое определяется взаимодействием менисков пузырьков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки канала подачи.
Устройство прокачки теплоносителя может быть также выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с любого теплообменного канала и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал.
Кроме того, устройство прокачки теплоносителя выполнено в виде канала прокачки с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, а также снабжено тепловым прибором, выполненным с возможностью осуществлять, по меньшей мере, один из следующих двух режимов работы, первый режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к основному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или от слоя капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, а второй режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или от слоя капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к основному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, при этом тепловой прибор может быть также выполнен с возможностью осуществлять одновременно на обеих поверхностях капиллярной перегородки, обращенных к основному и вспомогательному теплообменным каналам, и/или в слоях, граничащих с этими поверхностями, процессы подвода или отвода тепла.
Тепловой прибор также выполнен на основе использования термоэлектрического модуля, при этом одна поверхность спаев термоэлектрического модуля соединена тепловым контактом с поверхностью капиллярной перегородки, обращенной к основному теплообменному каналу, или со слоем капиллярной перегородки, граничащим с этой поверхностью, а другая поверхность спаев термоэлектрического модуля соединена тепловым контактом с поверхностью капиллярной перегородки, обращенной к вспомогательному теплообменному каналу, или со слоем капиллярной перегородки, граничащим с этой поверхностью.
В теплообменной системе установлен трубопровод, соединяющий вспомогательный теплообменный канал с капиллярной перегородкой канала прокачки.
В теплообменной системе также установлен трубопровод, соединяющий вспомогательный теплообменный канал с капиллярной перегородкой канала прокачки, в трубопроводе установлена капиллярная перегородка, причем эта капиллярная перегородка может занимать весь внутренний объем трубопровода.
Кроме того, капиллярная перегородка в канале подачи занимает весь внутренний объем между основным и вспомогательным теплообменными каналами.
Согласно изобретению часть капиллярной перегородки канала подачи соединена тепловым контактом с частью основного теплообменного канала.
Кроме того, часть внутренней поверхности основного теплообменного канала покрыта капиллярной структурой, соединенной с капиллярной перегородкой канала подачи капиллярным мостиком.
Теплообменная система, содержащая часть канала подачи теплоносителя, может быть соединена тепловым контактом с частью капиллярной перегородки канала прокачки, причем соединение тепловым контактом части канала подачи и части капиллярной перегородки может быть организовано по схеме противотока.
Кроме того, канал подачи теплоносителя проложен внутри капиллярной перегородки канала прокачки.
Устройство прокачки теплоносителя выполнено в виде соединенных последовательно испарительно-конденсационных теплообменников с расположенным между ними каналом вытеснения, состоящим из двух капиллярных перегородок, перекрывающих канал, и снабжено приставкой для подвода и/или отвода тепла на участках капиллярных перегородок канала вытеснения.
Теплообменная система также снабжена тепловым прибором, выполненным с возможностью осуществлять подвод тепла к обращенной к основному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки канала подачи или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, и/или отвод тепла с обращенной к основному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки канала подачи или со слоя капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью.
Кроме того, замкнутый контур выполнен состоящим из вспомогательного теплообменного канала и, по меньшей мере, из двух параллельных линий, каждая из которых состоит из канала подачи теплоносителя, из основного теплообменного канала и из устройства прокачки теплоносителя.
Теплообменная система также содержит замкнутый контур, выполненный состоящим из вспомогательного теплообменного канала и, по меньшей мере, из двух параллельных линий, каждая из которых состоит из канала подачи теплоносителя, из основного теплообменного канала и из устройства прокачки теплоносителя, при этом между капиллярными перегородками каналов прокачки различных линий установлен капиллярный мостик.
Кроме того, между капиллярными перегородками каналов подачи различных линий установлен капиллярный мостик.
Теплообменная система может быть выполнена таким образом, что устройство прокачки теплоносителя выполнено в виде соединенных последовательно дополнительного теплообменного канала и канала прокачки с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, причем дополнительный теплообменный канал расположен между основным теплообменным каналом и каналом прокачки, а также устройство прокачки снабжено тепловым прибором, выполненным с возможностью осуществлять, по меньшей мере, один из следующих двух режимов работы, первый режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к дополнительному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или от слоя капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, а второй режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или от слоя капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к дополнительному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки и/или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, при этом тепловой прибор может быть также выполнен с возможностью осуществлять одновременно на обеих поверхностях капиллярной перегородки, обращенных к основному и вспомогательному теплообменным каналам, и/или в слоях, граничащих с этими поверхностями, процессы подвода или отвода тепла.
Дополнительный теплообменный канал может быть соединен тепловым контактом с охлаждающим элементом.
Сущность теплообменной системы поясняется с помощью графических материалов:
- фиг.1: представлена принципиальная схема теплообменной системы;
- фиг.2: представлено устройство прокачки теплоносителя, выполненное в виде канала прокачки с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, а также снабженное тепловым прибором;
- фиг.3: показан участок между основным и вспомогательным теплообменными каналами;
- фиг.4: показан канал подачи теплоносителя, выполненный пролегающим через капиллярную перегородку канала прокачки;
- фиг.5: показано устройство прокачки теплоносителя, выполненное в виде соединенных последовательно испарительно-конденсационных теплообменников с расположенным между ними каналом вытеснения, состоящим из двух капиллярных перегородок;
- фиг.6: показана теплообменная система, снабженная тепловым прибором, выполненным с возможностью осуществлять подвод тепла к обращенной к основному теплообменному каналу поверхности капиллярной перегородки канала подачи или к слою капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью;
- фиг.7: показан замкнутый контур, выполненный состоящим из вспомогательного теплообменного канала и, по меньшей мере, из двух параллельных линий;
- фиг.8: показано устройство, в котором между капиллярными перегородками каналов прокачки различных линий установлен капиллярный мостик, представляющий собой капиллярную структуру;
- фиг.9: показано устройство прокачки теплоносителя, выполненное в виде соединенных последовательно дополнительного теплообменного канала и канала прокачки с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, причем дополнительный теплообменный канал расположен между основным теплообменным каналом и каналом прокачки;
- фиг.10: показана конструкция кресла, снабженного теплообменной системой;
- фиг.11: представлена конструкция кровати, содержащая матрац и снабженная теплообменной системой, конструкция которой представлена на фиг.1;
- фиг.12: представлена конструкция кресла с воздуховодом;
- фиг.13: представлена конструкция шкафа-холодильника, состоящего из корпуса шкафа, внутри которого установлена холодильная камера;
- фиг.14: показана конструкция термомассажного прибора, содержащего массирующий элемент и теплообменную систему.
Теплообменная система содержит замкнутый контур 1, который состоит из основного теплообменного канала 2, устройства прокачки теплоносителя 3, вспомогательного теплообменного канала 4 и канала 5 подачи теплоносителя, соединяющего теплообменные каналы 2 и 4. Канал подачи теплоносителя выполнен в виде канала с капиллярной перегородкой 6, перекрывающей канал. Капиллярная перегородка содержит по меньшей мере один капиллярный микроканал 7. Прокачиваемый по контуру теплоноситель 8 может представлять собой на отдельных участках либо пар 9, либо парожидкостную среду 10, либо жидкость 11. Парожидкостная среда 10 состоит из паровых пузырьков 12 и жидкостных образований 13. Устройство прокачки теплоносителя 3 выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с одного из теплообменных каналов и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал.
Рассмотрим работу устройства для случая, когда циркуляция теплоносителя в контуре осуществляется по часовой стрелке, в этом случае основной теплообменный канал функционирует как парогенератор (такой случай как раз и рассматривается на фиг.1). Итак, в основном теплообменном канале осуществляется процесс парообразования, для этого подводится теплота (показано на фиг.1 стрелкой-полоской). В результате парообразования образуется пар или парожидкостная среда, которые отводятся устройством для прокачки теплоносителя. Затем теплоноситель из устройства прокачки в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением подводится во вспомогательный теплообменный канал, где осуществляется процесс конденсации. Из вспомогательного теплообменного канала теплоноситель через канал подачи теплоносителя, выполненный в виде канала с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, подается в основной теплообменный канал. При этом канал подачи теплоносителя обеспечивает равномерную подачу теплоносителя из области с более высоким давлением в область с более низким давлением за счет взаимодействия менисков 14 пузырьков 15, перекрывающих сечение капиллярного микроканала, с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки канала подачи. При этом здесь и ниже рассматривается случай смачивания теплоносителем внутренней поверхности.
Конструкция теплообменной системы может быть выполнена таким образом, а также количество заправленного теплоносителя в теплообменной системе может быть такое, что во время работы теплообменной системы в процессе осуществления конденсации в одном из теплообменных каналов, например, во вспомогательном теплообменном канале, образовавшийся столбик конденсата переправляется через капиллярную перегородку канала подачи в основной теплообменный канал целиком, не заполняя при этом полностью объема внутренней полости основного теплообменного канала (т.е. не нарушая процессов парообразования и переноса пара на участке от основного теплообменного канала до устройства прокачки). Этот режим работы является удовлетворительным. Проникновению пара уже оказывается сопротивление, определяемое силой взаимодействия менисков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки. В этом случае при достаточно малых поперечных размерах капиллярных микроканалов пар может вообще не пропускаться. Таким образом исключается прорыв горячей паровой массы в основной теплообменный канал, который функционирует как испаритель и в котором давление (температура) ниже, чем во вспомогательном теплообменном канале, функционирующем как конденсатор.
Конструкция и заправка могут быть такими, что имеет место образование в процессе конденсации во вспомогательном теплообменном канале парожидкостной среды. Капиллярная перегородка канала подачи в этом случае также оказывает сопротивление перетеканию среды, которое определяется силой взаимодействия менисков пузырьков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки. Пузырьки могут проходить через капиллярную перегородку, при этом если их охлаждать в области вблизи выхода пузырьков с целью уменьшения объема пузырьков (возможно вплоть до нуля), то функционирование канала подачи становится более эффективным.
Если в область перед капиллярной перегородкой поступает среда без пузырьков, то капиллярная перегородка оказывает сопротивление перетеканию лишь за счет сил вязкости.
Из вышеописанного понятно, как работает устройство, когда основной теплообменный канал функционирует как конденсатор, а вспомогательный теплообменный канал как парогенератор.
Устройство прокачки теплоносителя может быть выполнено с возможностью осуществления прокачки в любом направлении. Благодаря этому основной теплообменный канал может функционировать либо как парогенератор, либо как конденсатор. Во время функционирования основного теплообменного канала в качестве конденсатора вспомогательный теплообменный канал может функционировать как парогенератор.
Устройство прокачки теплоносителя может быть выполнено в виде канала прокачки 16 (фиг.2) с капиллярной перегородкой 17, перекрывающей канал, а также снабжено тепловым прибором 18, выполненным с возможностью осуществлять, по меньшей мере, один из двух режимов работы. Первый режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к основному теплообменному каналу поверхности 19 капиллярной перегородки и/или от слоя 20 капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки и/или к слою 22 капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, а второй режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки и/или от слоя 22 капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к основному теплообменному каналу поверхности 19 капиллярной перегородки и/или к слою 20 капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью. При этом тепловой прибор может быть также выполнен с возможностью осуществлять одновременно на обеих поверхностях 19 и 21 капиллярной перегородки, обращенных к основному и вспомогательному теплообменным каналам, и/или в слоях 20 и 22, граничащих с этими поверхностями, процессы подвода или отвода тепла. При функционировании теплового прибора по первому режиму отвод пара или парожидкостной среды с основного теплообменного канала осуществляется благодаря осуществлению процесса конденсации на обращенной к основному теплообменному каналу поверхности 19 капиллярной перегородки или в слое 20 капиллярной перегородки, граничащем с этой поверхностью. После осуществления процесса конденсации теплоноситель переносится через капиллярную перегородку. Вследствие подвода тепла имеет место парообразование на обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки или в слое 22 капиллярной перегородки, граничащем с этой поверхностью. При этом за счет капиллярных сил, создаваемых образующимися менисками, осуществляется прокачка теплоносителя в область с более высоким давлением. Образуемый пар переносится во вспомогательный теплообменный канал.
Тепловой прибор 18 может быть выполнен на основе использования термоэлектрического модуля 23 (фиг.2), при этом одна поверхность спаев 24 термоэлектрического модуля соединена тепловым контактом 25 с поверхностью 19 капиллярной перегородки, обращенной к основному теплообменному каналу, или со слоем 20, граничащим с этой поверхностью, а другая поверхность спаев 26 термоэлектрического модуля соединена тепловым контактом 27 с поверхностью 21 капиллярной перегородки, обращенной к вспомогательному теплообменному каналу, или со слоем 22, граничащим с этой поверхностью.
В теплообменной системе может быть установлен трубопровод 28 (фиг.2), соединяющий вспомогательный теплообменный канал с капиллярной перегородкой канала прокачки. В трубопроводе 28 может быть установлена капиллярная перегородка 29 (фиг.2), причем эта капиллярная перегородка может занимать весь внутренний объем трубопровода. Это позволяет в случае функционирования вспомогательного теплообменного канала в качестве конденсатора направлять часть конденсата сразу к капиллярной перегородке и тем самым увеличить эффективность работы устройства за счет уменьшения потребления холодопроизводительности.
Капиллярная перегородка в канале подачи может быть установлена рядом со вспомогательным теплообменным каналом (это показано на фиг.2). В этом случае также повышается равномерность подачи конденсата в основной теплообменный канал. Капиллярная перегородка в канале подачи может занимать весь внутренний объем между основным и вспомогательным теплообменными каналами. На фиг.3 показан участок 30 между основным и вспомогательным теплообменными каналами. Весь этот участок может быть занят под капиллярную перегородку 6. В этом случае также повышается равномерность подачи конденсата в основной теплообменный канал.
Часть 31 капиллярной перегородки канала подачи может быть соединена тепловым контактом с частью основного теплообменного канала (фиг.3). Это позволяет подавать в основной теплообменный канал охлажденный теплоноситель; в этом случае также повышается эффективность работы канала подачи, так как исключается парообразование перед основным теплообменным каналом, которое может привести к бесполезному вытеснению теплоносителя из основного теплообменного канала.
Часть внутренней поверхности основного теплообменного канала может быть покрыта капиллярной структурой 32. Это улучшает работу теплообменной системы при функционировании основного теплообменного канала в качестве парогенератора.
Капиллярная структура основного теплообменного канала может быть соединена капиллярным мостиком 33, представляющим собой капиллярную структуру, с капиллярной перегородкой канала подачи. Это повышает равномерность подачи теплоносителя в основной теплообменный канал при его функционировании в качестве парогенератора.
Часть канала подачи теплоносителя может быть соединена тепловым контактом с частью капиллярной перегородки канала прокачки, причем соединение тепловым контактом части канала подачи и части капиллярной перегородки может быть организовано по схеме противотока. На фиг.4 показано, что это может быть реализовано, в частности, если канал подачи теплоносителя выполнить пролегающим через капиллярную перегородку канала прокачки. На фиг.4 показано, что соединение тепловым контактом поверхностей спаев термоэлектрического модуля с поверхностями капиллярной перегородки, обращенными к соответствующим теплообменным каналам, или со слоями, граничащими с этими поверхностями, может быть выполнено путем изготовления канавок 34 и 35 на части поверхности капиллярной перегородки 17, соединенной с внутренней поверхностью корпуса канала 16. На участке 36 часть канала подачи теплоносителя соединена тепловым контактом с частью капиллярной перегородки канала прокачки. Такое выполнение канала прокачки и канала подачи позволяет повысить эффективность работы теплообменной системы за счет уменьшения потребления холодопроизводительности.
Устройство прокачки теплоносителя может быть выполнено в виде соединенных последовательно испарительно-конденсационных теплообменников 37 и 38 (фиг.5) с расположенным между ними каналом вытеснения 39, состоящим из двух капиллярных перегородок 40 и 41, перекрывающих канал, а также снабжено приставкой 42 для подвода и/или отвода тепла на участках капиллярной перегородки канала вытеснения, а именно, в слоях 43, 44, 45 и 46. Между капиллярными перегородками имеется полость 47; имеются также области 48 (расположена между капилллярной перегородкой 40 и испарительно-конденсационным теплообменником 38) и 49 (расположена между испарительно-конденсационным теплообменником 37 и капиллярной перегородкой 41). Устройство также содержит тепловой прибор 50, предназначенный для отвода тепла с одного испарительно-конденсационного теплообменника и подвода тепла к другому испарительно-конденсационному теплообменнику и наоборот. В качестве теплового прибора может использоваться термоэлектрический модуль. Устройство прокачки теплоносителя может обеспечивать прокачку теплоносителя в любом направлении. Опишем способ работы при организации циркуляции теплоносителя по часовой стрелке; в этом случае вспомогательный теплообменный канал 4 функционирует как конденсатор, а основной теплообменный канал 2 может функционировать как парогенератор. Начнем со стадии напуска теплоносителя из области 49 в полость 47 (эта стадия работы как раз и представлена на фиг.5). Во время этой стадии теплоноситель из области 48 под действием давления паров, образуемых в капиллярных микроканалах слоя 43 капиллярной перегородки 40, переносится в испарительно-конденсационный теплообменник 38, где происходит его парообразование в результате подвода тепла от теплового прибора 50. Из испарительно-конденсационного теплообменника 38 теплоноситель в виде пара или парожидкостной смеси переносится во вспомогательный теплообменный канал 4 и конденсируется; затем теплоноситель через канал подачи 5 подается в основной теплообменный канал 2, где происходит парообразование. Далее из основного теплообменного канала теплоноситель переносится в испарительно-конденсационный теплообменник 37, где происходит конденсация в результате отвода тепла тепловым прибором 50. Теплоноситель из испарительно-конденсационного теплообменника 37 подается в канал вытеснения, а именно напускается через капиллярную перегородку 41 в полость 47. На стадии вытеснения (эта стадия не показана) теплоноситель из полости 47 вытесняется через капиллярную перегородку 40 в область 48, это происходит под действием давления паров, образуемых в капиллярных микроканалах слоя 45 капиллярной перегородки 41. При этом поступающий из испарительно-конденсационного теплообменника 37 теплоноситель накапливается в области 49. Поступление теплоносителя из полости 47 в область 49 предотвращается за счет образования включений пара в слое 45, расположенном со стороны полости 47. При этом могут продолжаться процессы парообразования в испарительно-конденсационном теплообменнике 38, конденсации в теплообменном канале 4, парообразования в теплообменном канале 2 и конденсации в испарительно-конденсационном теплообменнике 37. Затем совершается переход на стадию напуска. В процессе работы имеет место чередование описанных стадий.
Теплообменная система может быть снабжена тепловым прибором 51 (фиг.6), выполненным с возможностью осуществлять подвод тепла к обращенной к основному теплообменному каналу поверхности 52 капиллярной перегородки канала подачи или к слою 53 капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, и/или отвод тепла с обращенной к основному теплообменному каналу поверхности 52 капиллярной перегородки канала подачи или со слоя 53 капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью. При таком исполнении конструкции, не изменяя направления циркуляции теплоносителя по контуру, можно организовать функционирование основного теплообменного канала либо как парогенератора, либо как конденсатора. Начнем описание работы с момента, когда в теплообменном канале 2 осуществляется процесс парообразования (на фиг.6 отражена не эта стадия работы). Например, обеспечивая на поверхности 19 или в слое 20 температуру +5°С (числовые значения носят чисто иллюстративный характер), а на поверхности 21 или в слое 22 температуру +40°С, можно осуществлять во вспомогательном теплообменном канале 4 конденсацию при температуре +38°С, а в теплообменном канале 2 парообразование при температуре +7°С. Теплообменный канал 2 в этот момент осуществляет охлаждение объекта 54, который находится с теплообменным каналом 2 в тепловом контакте. В это время канал подачи функционирует как устройство для сброса давления и обеспечения равномерной подачи теплоносителя. С помощью теплового прибора 51 может отводиться тепло с поверхности 52 капиллярной перегородки или со слоя 53, граничащего с этой поверхностью. Затем на второй стадии (это стадия показана на фиг.6) с помощью такой конструкции можно осуществлять процесс конденсации в основном теплообменном канале 2. Например, обеспечивая на поверхности 19 и в слое 20 температуру +15°С, а на поверхности 21 и в слое 22 температуру +50°С, можно осуществлять в теплообменном канале 4 конденсацию при температуре +48°С. Обеспечивая подвод тепла к поверхности 52 или к слою 53 при температуре +50°С, можно в теплообменном канале 2 осуществлять процесс конденсации при температуре +48°С. Теплообменный канал 2 в этот момент осуществляет нагрев объекта 54. В это время канал подачи функционирует как устройство для выработки пара.
Замкнутый контур 1 может быть выполнен состоящим из вспомогательного теплообменного канала 4 и по меньшей мере из двух параллельных линий (фиг.7), например, из двух линий 55 и 56, каждая из которых состоит из канала подачи теплоносителя, из основного теплообменного канала и из устройства прокачки теплоносителя. На такой конструкции могут либо в обоих основных теплообменных каналах осуществлять процесс парообразования (осуществляя при этом во вспомогательном теплообменном канале процесс конденсации), либо в обоих основных теплообменных каналах осуществлять процесс конденсации, либо в одном основном теплообменном канале осуществлять процесс парообразования, а в другом - процесс конденсации. Последнее и представлено на фиг.7; в этом случае, объект 57 нагревается, а объект 58 охлаждается. Возможно простым изменением направления тока в термоэлектрических модулях переключать режимы работы, например, перейти в режим работы, когда основной теплообменный канал 2 линии 55 функционирует как парогенератор, а основной теплообменный канал 2 линии 56 - как конденсатор. Устройство работает лучше, если между капиллярными перегородками каналов прокачки различных линий установлен капиллярный мостик, представляющий собой капиллярную структуру. Представленный на фиг.8 вариант конструкции удовлетворяет этому требованию. Здесь два канала прокачки выполнены в одном корпусе 59, содержащем капиллярную вставку 60. При этом одна часть 61 капиллярной вставки является капиллярной перегородкой линии 55, а другая часть 62 - капиллярной перегородкой линии 56. Центральная часть 63 выполняет функции капиллярного мостика. В этом варианте конструкции оба канала подачи также выполнены в одном корпусе 64, содержащем капиллярную вставку 65. При этом одна часть 66 капиллярной вставки является капиллярной перегородкой канала подачи линии 55, а другая часть 67 - капиллярной перегородкой линии 56. Центральная часть 68 выполняет функции капиллярного мостика.
Устройство прокачки теплоносителя может быть выполнено в виде (фиг.9) соединенных последовательно дополнительного теплообменного канала 69 и канала прокачки 16 с капиллярной перегородкой 17, перекрывающей канал, причем дополнительный теплообменный канал расположен между основным теплообменным каналом 2 и каналом прокачки, а устройство снабжено тепловым прибором 18, выполненным с возможностью осуществлять, по меньшей мере, один из двух режимов работы. Первый режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к дополнительному теплообменному каналу поверхности 19 капиллярной перегородки и/или от слоя 20 капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки и/или к слою 22 капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью, а второй режим работы заключается в отводе тепла от обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки и/или от слоя 22 капиллярной перегородки, граничащего с этой поверхностью, и в подводе тепла к обращенной к дополнительному теплообменному каналу поверхности 19 капиллярной перегородки и/или к слою 20 капиллярной перегородки, граничащему с этой поверхностью. При этом тепловой прибор может быть также выполнен с возможностью осуществлять одновременно на обеих поверхностях 19 и 21 капиллярной перегородки, обращенных к дополнительному и вспомогательному теплообменным каналам, и/или в слоях 20 и 22, граничащих с этими поверхностями, процессы подвода или отвода тепла. При функционировании теплового прибора по первому режиму отвод пара или парожидкостной среды с основного теплообменного канала осуществляется благодаря осуществлению процесса конденсации на дополнительном теплообменном канале. Из дополнительного теплообменного канала конденсат отводится в канал прокачки и переносится через капиллярную перегородку. Вследствие подвода тепла имеет место парообразование на обращенной к вспомогательному теплообменному каналу поверхности 21 капиллярной перегородки или в слое 22 капиллярной перегородки, граничащем с этой поверхностью. При этом за счет капиллярных сил, создаваемых образующимися менисками, осуществляется прокачка теплоносителя в область с более высоким давлением. Образуемый пар переносится во вспомогательный теплообменный канал. Здесь осуществляется конденсация, теплоноситель затем переносится через канал подачи и подается в основной теплообменный канал. Дополнительный теплообменный канал может быть соединен тепловым контактом с охлаждающим элементом (на фиг.9 не показано), например, с охлаждающим элементом (испарителем) компрессорной холодильной установки.
Теплообменная система может быть применена в кресле (стуле, диване) для целей нагрева или отвода тепла. На фиг.10 представлена конструкция кресла 70, содержащего подушку 71, спинку 72 и подголовник 73. Кресло снабжено теплообменной системой, выполненной в виде замкнутого контура 1, состоящего из основного теплообменного канала 2, устройства прокачки теплоносителя 3, вспомогательного теплообменного канала 4 и канала подачи теплоносителя 5, соединяющего основной и вспомогательный теплообменные каналы. При этом основной теплообменный канал установлен в подушке, и/или в спинке, и/или в подголовнике кресла. Основной теплообменный канал может быть установлен в съемной подкладке, располагаемой на подушке и/или на спинке кресла (не показано на фиг.10).
Заявляемая теплообменная система может быть применена в кровати. На фиг.11 представлена конструкция кровати 74, содержащей матрац 75. Кровать снабжена теплообменной системой, конструкция которой представлена на фиг.1. При этом в матраце проложен воздуховод 76, внутри которого установлен основной теплообменный канал 2. Причем в воздуховоде также могут быть установлены устройство прокачки воздуха 77 и нагреватель 78. Матрац может быть выполнен проницаемым в области от верхней поверхности 79 матраца до внутренней полости 80 воздуховода. На фиг.11 изображены условно каналы проницаемости 81, обеспечивающие проницаемость. Благодаря проницаемости обеспечивается массообмен между воздухом в полости воздуховода и воздухом в области, расположенной над поверхностью матраца; благодаря этому в этой области обеспечивается регулирование температуры и влажности. Воздуховод не обязательно должен быть замкнутым. Он может быть выполнен разомкнутым. Подобной последней конструкции является конструкция кресла 70 с воздуховодом (фиг.12). Предложенные конструкции могут быть использованы как автомобильное кресло, диван, софа и т.д.
Заявляемая теплообменная система может быть применена в конструкции шкафа-холодильника (фиг.13), состоящего из корпуса 82 шкафа, внутри которого установлена холодильная камера 83. Корпус холодильной камеры может быть выполнен из теплопроводного материала, например из сплава алюминия. Имеется дверца 84. Основной теплообменный канал 2 выполнен в корпусе холодильной камеры, в данном варианте теплообменные трубки 85 основного теплообменного канала припаяны снаружи к корпусу холодильной камеры. Холодильная камера расположена внутри теплоизолятора 86. Вспомогательный теплообменный канал 4 выполнен в задней стенке 87 шкафа. В данном варианте трубки 88 вспомогательного теплообменного канала припаяны к задней стенке шкафа. Задняя стенка шкафа может быть выполнена из сплава алюминия. Установлены также устройство прокачки теплоносителя 3 и канал подачи теплоносителя 5. Тепло, выделяемое внутри холодильной камеры, поступает к корпусу холодильной камеры и далее по теплопроводному корпусу холодильной камеры поступает к трубкам 85 основного теплообменного канала. За счет теплопроводности задней стенки отводится тепло от трубок 88 вспомогательного теплообменного канала и далее за счет конвективного теплообмена сбрасывается с задней стенки в наружную среду. Благодаря достаточно большой площади задней стенки можно обойтись без вентилятора. Такой шкаф-холодильник может быть встроен в пристенную мебель. Задняя стенка может быть выполнена профилированной (волнообразной, ребристой) с целью увеличения поверхности теплообмена.
Заявляемая теплообменная система может быть применена в термомассажном приборе. Возможный вариант конструкции термомассажного прибора представлен на фиг.14. Представленный вариант конструкции содержит массирующий элемент 89 и теплообменную систему. При этом основной теплообменный канал 2 установлен в массирующем элементе и имеет с ним тепловой контакт. На фиг.14 показано, что трубопровод, соединяющий основной теплообменный канал с каналом прокачки, может быть выполнен из гибкого сильфонного трубопровода 90, который может быть изготовлен из металла (бериллиевая бронза, сталь, титан и т.д.). Часть 91 трубопровода, соединяющего основной теплообменный канал с каналом подачи, может быть расположена внутри сильфонного трубопровода и может быть выполнена из тефлона (фторопласта) или из силиконовой резины, благодаря чему обладает гибкостью. Такой термомассажный прибор позволяет как охлаждать, так и нагревать участок тела в месте контакта с массирующим элементом.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ПРОКАЧКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ЧЕРЕЗ КАНАЛ (ВАРИАНТЫ) | 2000 |
|
RU2251061C2 |
| СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА | 2000 |
|
RU2258175C2 |
| СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ (ТРИ ВАРИАНТА) И СПОСОБ ПРОКАЧКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ (ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТРЕТЬЕМ ВАРИАНТЕ СПОСОБА РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ) | 1998 |
|
RU2224958C2 |
| АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК | 1995 |
|
RU2101625C1 |
| ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ | 1997 |
|
RU2187773C2 |
| ХОЛОДИЛЬНИК | 1995 |
|
RU2115869C1 |
| ТЕПЛООБМЕННАЯ КАМЕРА | 1992 |
|
RU2040762C1 |
| УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ОДИНОЧНОГО МОЩНОГО СВЕТОДИОДА С ИНТЕНСИФИЦИРОВАННОЙ КОНДЕНСАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ | 2016 |
|
RU2636385C1 |
| ИСПАРИТЕЛЬ | 1995 |
|
RU2105939C1 |
| ИНТЕНСИФИЦИРОВАННАЯ ИСПАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕТОДИОДНОГО МОДУЛЯ | 2013 |
|
RU2546676C2 |
Изобретение предназначено для применения в теплопередающих устройствах, а именно может быть использовано для отвода тепла на большие расстояния, а также может быть использовано в качестве холодильника. Теплообменная система содержит замкнутый контур, состоящий из основного теплообменного канала, устройства прокачки теплоносителя, вспомогательного теплообменного канала и канала подачи теплоносителя, соединяющего основной и вспомогательный теплообменные каналы, при этом устройство прокачки теплоносителя выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с одного из теплообменных каналов и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал, а канал подачи теплоносителя выполнен в виде канала с капиллярной перегородкой, перекрывающей канал, при этом во время работы теплообменной системы капиллярная перегородка канала подачи оказывает сопротивление проникновению пара, определяемое взаимодействием менисков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки канала подачи, или сопротивление перетеканию парожидкостной среды, которое определяется взаимодействием менисков пузырьков с внутренней поверхностью капиллярных микроканалов капиллярной перегородки. Кроме того, устройство прокачки теплоносителя выполнено с возможностью осуществления отвода теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с любого теплообменного канала и прокачки этого теплоносителя в виде пара или парожидкостной среды с более высоким давлением в другой теплообменный канал. Изобретение позволяет повысить эффективность работы теплообменной системы. 17 з.п. ф-лы, 14 ил.
| Теплопередающее устройство | 1977 |
|
SU635386A1 |
