Устройство для периодического нагрева и охлаждения объекта Советский патент 1985 года по МПК G05D23/08 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к регулированию температуры объекта, и может быть использовано, например, при испытаниях приборк в и агрегатов на термоциклирование. Известно реверсивное устройство охлаждения-нагрева, содержащее силовой трансформатор, к средней точке вторичной обмотки которого.при-|g соединен отрицательный вывод полупроводниковой термобатареи, двухполупериодный вьшрямитель и двухкомпозиционный переключатель режимов, присоединенный к положительном выводу термобатарей, неподвижные контакты переключателя режимов присоединены соответственно к плюсовой шине выпрямителя и дополнительному выводу вторичной обмотки силового трансформатора 1. Недостатком этого устройства явл ется сложность электрической схемы Наиболее близким к изобретению является устройство для периодического нагрева и охлаждения объекта, содержащее нагреватель, охладитель и переключатель. Устройство предназначено для периодического нагрева и охлажде ния адсорбента водорода в тепловом компрессоре и одержит размещенные внутри цилиндрического корпуса змеевиковьй охладитель, через который прокачивается охлаждающая вода, и спиральньй электронагре ватель. Переключение от нагрева к охлаждению обеспечивается путем включения электронагревателя и открывания клапана на прокачку воды через змеевик 2j. Недостаток известного устройства - ограниченная область применения, обусловленная необходимостью использовать для нагрева электроэнергию. Кроме того, переключатель известного устройства конструктивно сложен, так как должен состоять из трех устройств: устройства включения-выключения электронагревателя, устройства открывания-закрывания клапана и устройства синхронизации. Целью изобретения является расширение области применения устройства для периодического нагрева и охлаждения объекта. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для периодического нагрева и охлаждения объек8содержащее нагреватель, охладитатель и переключатель, последний выполнен в виде трех заполненных легкокипящим теплоносителем герметичных камер, первая из которых контактирует с нагревателем, вторая - с охладителем, третья соединительная контактирует с объектом и с первой и второй камерами, а в каждой контактирующей с нагревателем и охладителем герметичной камере выполнен два разделенных гладкостенным промежутком участка капиллярной структуры, один из которых расположен на поверхности, примыкающей к третьей камере, а другой на поверхности, примыкающей к нагревателю для первой камеры, и на поверхности, приь« 1кающей к охладителю для второй камеры, причем в первой и второй герметичных камерах установлены термочувствительные, пластины, один конец термочувствительной пластины закреплен неподвижно относительно камеры, а другой установлен с образованием капиллярного канала, соединяющего два участка капиллярной структуры камеры, причем в процессе срабатывания термочувствительных пластин перемещения их свободных концов противоположны. На чертеже изображено данное устройство. Устройство для периодического нагрева и охлаждения объекта содержит объект 1, три герметичные камеры 2-4,заполненные теплоносителем, находящимся в диапазоне рабочих температур камеры в двух фазах: жидкой и парообразной. Выбор теплоносителя зависит от температуры. Например, в качестве теплоносителя, для объектаj работающего в диапазоне температур от -50 до , может быть использован аммиак. Камера 3 находится в тепловом контакте с нагревателем 5, камера 4 - в тепловом контакте с охладителем 6, а камера 2 - в тепловом контакте с объектом t и камерами 3 и 4. Внутренние поверхности камеры 3 содержат участки капиллярной структуры 7 и 8, разделенные гладкостенным участком 9, В камере 4 имеются аналогичные участки капиллярной структуры 10 и И и гладкостенный раздеительный участок 12, термочувствительные пластины 13 и 14 выполнены, например, в виде плоских пластин 31149 из материала с памятью формы. Объемы капиллярных каналов участков капиллярных структур 7 и 8 равны между собой, причем объем капиллярных каналов каждого из участков равен (1,02-1,1) от объема жидкой фазы теплоносителя при максимальной рабочей температуре камеры 3. Аналогично выбраны объемы участков капиллярных стр-уктур 10 и 11 в камере 4. Ширина глакостенных участков 9 и 12 выбраны такой, что когда свободный конец термочувствительной пластины отходит от капиллярной структуры (на чертеже это соответствует положению термочувствительной пластины в камере 4) , гидравлическая связь между двумя участками капиллярной структуры прерывается. Пластины 13 и 14 установлены с таким зазором относительно боковых камер 3 и 4, что пар от поверхности капиллярных структур .8 и 10 может свободно перетекать через эти зазоры к поверхностям соответственно 7 и 1 Гидравлически соединенные между собой участки капиллярной структуры 15 и 16 в камере 2 служат для распре деления конденсата по поверхностям камеры, через которые подводится и отводится тепло, и повышения коэффициентов теплоотдачи. Термическое сопротивление боковых стенок 17 и 18 камер 3 и 4 выбрано достаточно большим, так что теплопереносом между камерой 2, нагревателем и охладителем через боковые стенки камер 3 и 4, по сравнению с теплопереносом, который может осуществляться в этих камерах за счет испарительно-конденсационного цикла, можно пренебречь. Стрелки на чертеже показывают направ ление перемещения свободных концов элементов 13 и 14 при нагреве (эти элементы показаны в крайних положениях, которые они занимают в исходном состоянии, когда все три камеры и объект имеют одинаковую температуру,- близкую к температуре охладителя) . Один из концов каждого из термочувствительных элементов закреплен неподвижно, а второй может перемещаться. В одном из крайних положений (положение, которое занимает термочувствительный элемент в камере 3) свободный конец образует в зоне гладкостенного промежутка (9 на чертеже) капиллярный канал, соединяющий два участка капиллярной труктуры, в исходном состоянии идкий теплоноситель заполняет учасок капиллярной структуры 11, а на частке 10 жидкого теплоносителя нет. Устройство работает следующим образом. При подводе тепла к камере 3 от нагревателя 5 жидкий теплоноситель, насыщающий капиллярную структуру 8, испаряется и его пар, проходя через камеру 3, конденсируется на поверхности капиллярной структуры 7. Тепло конденсации через стенку камеры 2 передается теплоносителю, насыщающему капиллярную структуру 15. Этот теплоноситель испаряется и его пар, конденсируясь на внетренней поверхности .стенок камеры 2, нагревает ее, а проходящее через стенки камеры 2 тепло нагревает объект 1 и термочувствительную пластину 14. Перенос тепла через камеру 4 к охладителю 6 на этом этапе пренебрежимо мал из-за высокого термического сопротивления боковых стенок камеры 4. Проходящий через камеру 3 пар на- , гревает термочувствительную пластину 13. Нагреваясь, пластина 13 перемещается в Направлении, показанном стрелкой. В результате гидравлическая связь между участками капиллярной структуры 7 и 8 прерывается. Перенос тепла -через камеру 3 посредством испарительно-конденсационного процесса еще некоторое время продолжается за счет жидкого теплоносителя, оставшегося в участке 8. После того, как этот остаток теплоносителя испарится, перенос тепла от нагревателя через камеру 3 практически прекращается, я этап нагрева объекта 1 заканчивается. К этому моменту термочувствительная пластина 14 прогревается настолько, что перемещаясь в направлении, показанном стрелкой, замыкает участки капиллярных структур 10 и t1, образуя капиллярный канал в зоне разделительного участка- 12. Через этот капиллярный канал конденсат из участка капиллярной структуры 11 поступает в участок 10. Благодаря этому начинается интенсивный перенос тепла через камеру 4 посредством испарнтельно-конденсационного цикла, что позволяет осуществить этап охлаждения объекта 1. На этом этапе тепло от стенок каме.5114 ры 2 и от объекта 1 переносится чере камеру 4 к охладителю. Термочувствительные пластины 13 м 14 охлаждаются за счет переноса тепла через стенки, отделяющие камеру 2 от камер 3 и 4. После этого, как температура этих элементов снизится, они вновь переходят в положение, показан ное на чертеже. При этом теплоноситель перетекает из участка капиллярной структуры 7 в участок 10 через капиллярный канал, образованный концом пластины 13 в зоне гладкостенного промежутка 9, под действием капиллярных сил. Для этого эффективные капиллярные радиусы участка 7 и капиллярного канала в зоне промежутка 9 меньше эффективных капиллярных радиусов участка 8. Аналогично, эффективные капиллярные радиусы участка 10 и капиллярного канала в зоне промежутка 12 меньше, чем эффективные капиллярные радиусы участка 11. По мере заполнения жидким теплоносителем участка 8 вновь начинается этап нагрева объекта и т.д. Технический эффект от использо- вания изобретения заключается в том, что оно позволяет создать простое по конструкции устройство, рабочее в автоматическом режиме и позволяющее использовать различные типы нагревателей и охладителей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАГРЕВА И ОХЛАВДЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее нагреватель, охладитель и переключатель, отличающееся тем, что, с целью расширения области его применения, переключатель выполнен в виде трех заполненньк легкокипящим теплоносителем герметичных камер, первая из которых контактирует с нагревателем вторая - с охладителем, третья соединительная контактирует с объектом и с первой и второй камерами, а в каждой контактирующей с нагревателем и охладителем герметичной камере ньшолнены два разделенных гладкостенным промежутком участка капиллярной структуры, один из которых расположен на поверхности, примыкающей к третьей камере, а другой - на поверхности, примыкающей к нагревателю для первой камеры, и на поверхности, примыкающей к охладителю для второй камеры, причем в первой и второй герметичных камерах установлены термочувствительные пластины, один конец термочувствительной пластины закреплен неподвижно относительно камеры, а другой установлен с образованием капиллярного канала, соединяющего два участка капиллярной структуры камеры, причем в процессе срабатывания термочувствительных пластин перемещения их свободных концов проти воположны.

f -/ /.(/. . уу II 1 1 Irl Г il 1 Il т ГП (х/Х.Ч Y. .., Я / I I 1 f jf Г|.|Д .