Теплопередающее устройство Советский патент 1985 года по МПК F28D15/04 B63B35/44 

Изобретение относится к судостро ению и может быть использовано для круглогодичных работ в акватории мо ря при наличии подвижного ледового покрова рабочего участка акватории, преимущественно связанных с бурение морских скважин. Целью изобретения является повьга ние энергетических характеристик пу тем использования рассеянной теплов энергии окружающей среды. На фиг. 1 изображено предлагаемо теплЬпередавдщее устройство на фиг. разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 плавучая платформа с предлагаемым теплопередающим устройством, общий вид. Плавучая платформа содержит надводное основание 1 с буровым агрега том 2 и подводное основание 3 с дви жителем 4 и якорями 5, источник 6 тепла высокого потенциала и теплопе редающее устройство. Теплопередающе устройство содержит тепловую трубу в виде встроенного в подводное осно вание 3 герметичного кольцевого отсека 8 с пропитанной легкоиспаряющимся жидким теплоносителем капиллярно-пористой облицовкой 9 и установленными в поворотных сепаратоpax 10 роликами 11 с капиллярно-пористым наружным слоем 12. Устройство дополнительно содержи соосную кольцевому отсеку 8 тепловую трубу 13, образованную установленными с возможностью вращения наружной 14 и внутренней 15 обоймами, кинематически связанными между собой посредством редуктора 16, например, волнового. В паровом кана ле 17 тепловой трубы 13 размещена газовая турбина 18 и газовый компре сор 19, роторы 20 и 21 которых закреплены на внутренней обойме 15, вход 22 турбины 18 соединен с концевой зоной 23 тепловой трубы 13, охваченной источником 6 тепла высокого потенциала, вход 24 компрессора 19 соединен с другой концевой зо ной 25 тепловой трубы 13, снабженно Рештообменником 26 окружающей среды а выходы 27 и 28 турбины 18 и компрессора 19 Соединены со средней зоной 29 тепловой трубы 13,наружная стенка 30 которой одновременно служит внутренней стенкой кольцевого отсека Внутренняя обойма 15 тепловой трубы 13 установлена на неподвижных основаниях 31 (верхнем и нижнем) пос- редством подшипников 32. Наружная обойма 14 установлена на внутренней обойме 15 посредством подшипников 33 с уплотнениями 34, Основания 31 снабжены отверстиями 35 для прохода коммуникаций. Источник 6 тепла высокого потенциала снабжен вращающимся токосъемником 36 для подключения к питающим коммуникациям. Редуктор 16 включает в себя эллиптический генератор 37, закрепленньвЧ на внутренней обойме 15, гибкое колесо 38, закрепленное на наружной обойме 14, и жесткое колесо 39, неподвижно закрепленное на подводном основании 3. Тепловая труба 13 снабжена капиллярной структурой 40, пропитанной теплоносителем 41. Концевая зона 25 тепловой трубы 13 вместе с теплообменником 26 выступает за надводное основание 1 для обеспечения контакта с окружающей средой. Кольцевой отсек 8 размещен на уровне ледового покрытия для обеспечения контакта с ним нагревателя 7, осуществляющего термическое разрушение льда. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Под воздействием теплового потока источника 6 тепла высокого потенциала Т( теплоноситель 41, пропитывающий капиллярную структуру 40 в концевой зоне 23 тепловой трубы 13, нагревается,изменяет свое агрегатное состояние и переходит в газообразную фазу, отнимая от источника 6 тепло Qj высокого потенциала T.f, равное его скрытой теплоте парообразования. Протекающий процесс характеризуется изотермическим испарением при температуре Т, .На входе 2.2 турбины 18 устанавливается высокое давление газообразной фазы теплоносителя 41. Под воздействием градиента давления, образованного в результате испарения теплоносителя 41, поток его газообразной фазы попйдает в турбину 18, через её вход 22 и через ее выход 27 - в среднюю зону 29 тепловой трубы 13, При этом ротор 20 турбины 18, а вместе с ним внутренняя обойма 15 и ротор 21 компрессора 19 приводятся во вращение. Турбина 18 расходует Qj тёйла м |сокого потенциала Ту, отдает средней зоне 29 тепловой 13 Q тепла среднего потенциала Tj (отбросное тепло) и 3 производит механическую работу L. Протекающий процесс характеризуется изоэнтропийным расширением газообразной фазы теплоносителя 41 в турб не 18 и сопровождается снижением те пературы от Т( до Т. Одновременно : быстрое вращение связанной с ротором 20 турбины 18 внутренней обоймы 15 преобразуется в сравнительно медленное вращение наружной обоймы 14. Вращение наружной обоймы 14 вызывает планетарное вращение фрикционно связанных с ней роликов 11 в сепараторах 10,,при этом капиллярно пористые наружные слои 12 роликов 1 обкатываются по капиллярно-пористой облицовке 9 кольцевого отсека 8. Работа редуктора 16 основана, ка обьмно, на том, что быстро вращающийся вместе с внутренней обоймой 1 эллиптический генератор 37 вызьшает бегущую волну деформации гибкого ко леса 38, взаимодействие которой чер зубчатое зацепление с жестким колесом 39 вызьтает медленное вращение гибкого колеса 38 и связанной с ним наружной обоймы 14. В средней зоне 29 тепловой трубы 13 газообразная фаза теплоносите ля 41 конденсируется. Протекающий. процесс характеризуется изотермичес кой конденсацией при температуре Tj Выделяю щееся при этом тепло Q j (отбросное тепло) отдается легкоиспаряющемуся жидкому теплоносителю, пропитьшающему капиллярно-пористую облицовку 9 наружной стенки 30 сред ней зоны 29 тепловой трубы 13, служащей одновременно внутренней стенк кольцевого отсека 8. Конденсат теплоносителя 41 под воздействием градиента давления, соз даваемого в капиллярной стрзгктуре 40 за счет непрерывного испарения в концевой зоне 23,. транспортируется по капиллярной структуре 40 обратно в концевую зону 23, где вновь подвергаетсяг воздействию источника 6 тепла высокого потенциала Т.. Протекающий процесс характеризуется изоэнтропийным сжатием и сопровождается повышением температуры от Т до Т,. Описываемые четыре процесса образуют замкнутый прямой цикл Рейкина, результатом которого является трансформация тепла Qj высокого потенциала Т( в тепло О2 средйего 124 потенциала Т и производство механической работы L, которая тратится на приведение во вращение ротора 21 компрессора 19 и роликов 11 герметичного кольцевого отсека 8. При этом электроэнергия на вращающийся вместе с наружной обоймой 14 источник 6 тепла высокого потенциала Т подается через вращающийся токосъемник 36 от силовой станции платформы. Под воздействием рассеянной тепловой энергии окружающей среды (имеющей ненулевое значение и при отрицательных температурах по Цельсию), действующей через теплообменник 26, теплоноситель 41, пропитывающий капиллярную структуру 40 в концевой , зоне 25 тепловой трубы 13, нагревается, изменяет свое агрегатное состояние и переходит в газообразную фазу. При этом от окружающей среды отнимается тепло ()у низкого потенциала Тд. Протекающий процесс харак.. теризуегся изотермическим испарением при температуре TO. В результате принудительного вращения ротора 21 компрессора 19 от ротора 20 турбины 18, передаваемого через внутреннюю обойму 15, поток газообразной фазы теплоносителя 41 с занесенным теплом Q через вход 24 засасывается в компрессор 19 и сжимается в нем. Протекающий процесс характерчзуется изоэнтропийным сжатием, сопровождается повьщгением температуры от Тр до Т2 и трансформацией тепла QO низкого потенциала Т в тепло О2 среднего потенциала Т. Передача тепла от менее нагретой концевой зоны 25 тепловой трубы 13 к ее, более нагретой средней зоне 29 оказывается возможной из-за использования компрессор 19 механической работы L, соверпгаемой турбиной 18 за счет источника 6. Поток сжатой газообразной фазы теплоносителя 41 через выход 28 компрессора 19 попадает в среднкяо зону 29 тепловой трубы 13, где конденсируется. Протекающий процесс характеризуется изотермической конденсацией при температуре Tj и сопровождается выделением тепла Qg среднего потенциала Т. Выделяющееся тепло QlJ отдается легкоиспаряющемуся жидкому теплоносителе, пропитьгеающему капиллярно-пористую облицовку 9 наружной стенки 30 средней зоны 29

тепловой трубы 13, служащей одновременно внутренней сТенкой кольцевого отсека 8.

Конденсат теплоносителя 41 транспортируется под воздействием градиента давления создаваемого в капиллярной структуре 40, обратно к высыхающим участкам капиллярно-пористой облицовки 9 горячей внутренней стенки кольцевого отсека 8 за счет плане тарного вращения роликов 11 в сепараторах 10, что обеспечивает высокоэффективную передачу тепла Q/j ледовому покрову.

При этом существенно повышается энергетическая эффективность тврми ческого разрушения ледового покрова, так как развитый теплообменник обеспечивает утилизацию большого количества низкопотенцнального тепла Q при меньших затратах высокопотепцнального тепла Q| при одновременном обеспечении вращения роликов.

ТЕГОЮПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО преимущественно для плавучей платфо1Я4ы, содержащее первую вертикально расположенную герметичную кольцевую тепловую трубу с пропитанной легкоиспаряюци4ся ЖЦДК1М теплоносителем капиллярно-порнстой структурой, устаноблеинь 4и в поворотных сепараторах роликами с капиллярно-пористым наружньм слоем и нагревательным элементом, отличающееся тем, что, е целью повывюния энергетических характеристик путем использования рассеянной тепловой энергии окружающей среды, устройство дополнительно содержит вторую тепловую трубу, расположенную соосно с первой внутри не§ и образованную установленными с возможностью вращения внутренней стенкой первой трубы и обоймой, кинематически связанньми между собой при помощи редуктора, причем вторая тепловая труба снабжена установленны4И в ее паровом канале турбиной и ксмпрессором, ротсфы которых закреплены на , при этом турбина и компрессор обращены входом соответственно к нижней и верхней зонам этой тепловой трубы, (Л д их выход - к средней aofte, причем источник тепла рдэмецея вокруг нижней зоиы второй тепловой трубы, а ее верхняя зона снабжена теплообменником.