Теплопередающее устройство Советский патент 1992 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике, преимущественно к терморегулированию.

Известно теплопередающее устройство (ГПУ), содержащее испаритель и конденсатор с капиллярной структурой (КС) на внутренней поверхности, соединенные па- ропроьодом и конденсатопроводом, и уста- новленный в паропроводе клапан с внешним приводом 1.

Недостаток этого ТПУ - наличие подвижных элементов конструкции, что сни- жает-его надежность.

Наиболее близким к изобретению является ТПУ, содержащее испаритель и конденсатор с КС на внутренней поверхности, соединенные паропроводом и конденсатопроводом, последний из которых снабжен КС и нагревателем 2.

Недостаток такого ТПУ состоит в том, что при его использвоании для отвода тепла от периодически нагреваемого объекта на этапе охлаждения жидкость из кон- денсатопровода подводится к перегретой на предыдущем этапе нагрева поверхности испарителя под действием только капиллярных сил. Напор, создаваемый этими силами, относительно мал, что не позволяет обеспечить большой расход жидкости и интенсивное охлаждение.

Цель изобретения - интенсификация теплоотвода при периодическом отключении источника нагрева.

Для достижения цели конденсатопро- вод выполнен составным и снабжен капиллярной структурой лишь на участке между зоной размещения нагревателя и конденсатором, а на участке между зоной размещения нагревателя и испарителем выполнен в виде гладкостенной трубы, причем первый участок в зоне соединения с вторым участком и конденсатором снабжен поперечными перегородками с отверстиями, одна из которых, расположенная в зоне соединения с конденсатором, снабжена со стороны кон- денсатопровода капиллярным покрытием, служащим капиллярным затвором, соединенным с капиллярной структурой первого участка дополнительным конденсатопроводом, а нагреватель заключен в кожух, покрытый капиллярной оболочкой, и установлен по оси конденсатопровода в контакте с капиллярным покрытием перегородки и с зазором по отношению к капиллярной структуре конденсатопровода, в котором установлена разделительная втулка, снабженная в зоне расположения дополнительного конденсатопровода переточными отверстиями и образующая с капиллярной оболочкой кожуха нагревателя паровую полость, при этом эффективный радиус капиллярной структуры конденсатопровода выбран меньшим соответствующих радиусов капиллярной структуры конденсатора, дополнительного конденсатопровода и участка конденсатопровода в виде гладко- стенной трубы.

Конденсатор дополнительно снабжен накопителем в виде капиллярной структуры. На фиг. 1 показан схематично предлагаемый ТПУ; на фиг. 2 - циклограмма нагрева- охлаждения объекта.

На фиг. 1:1 - периодически нагреваемый и охлаждаемый объект; 2 - испаритель; 3 - конденсатор; 4 - нагреватель о бъекта; 5 - паропровод; б - участок конденсатопровода в виде гладкостенной трубы (второй

участок); 7 и 8 - КС на стенках испарителя и конденсатора; 9 - паровая полость в первом участке конденсатопровода; 10 - перегородка, разделяющая конденсатор и первый участок конденсатопровода; 11 КС конденсатопровода; 12 - капиллярный затвор, выполненный в виде диска из капиллярного материала (металлово- локно, сетка, спеченный порошок и т.д.), 13 - кольцевой гладкостенный дополнительный конденсатопровод; 14 - капиллярный торцовый зазор между корпусом первого участка конденсатопровода и КС 11; 15 - разделительная втулка; 16 - нагреватель конденсатопровода; 17

кожух нагревателя; 18 - капиллярная оболочка (КО) нагревателя; 19 - кольцевой зазор коллектора; 20 - отверстие, со- единяющее коллектор с трубчатым участком конденсатопровода; 21 - КС накопитель жидкости; 22 - отверстие, соединяющее КС 21 с затвором 12, 23 - сквозные окна в концевой части втулки 15, через которые пар из полости 9 поступает в кольцевой конденсатопровод 13

на этапе вытеснения жидкости из КС 11. Как видно из перечня составных элементов ТПУ, конденсатопровод, соединяющий конденсатор и испаритель, состоит из двух участков: первого - между перегородкой 10 и торцовой стенкой корпуса первого участка, к которой присоединена труба 6, и второго - трубы 6.

На фиг. 2 по оси ординат дана температура объекта 1, по оси абсцисс - время.

Эффективный капиллярный радиус пор затвора 12 выбран из условия

2 а COS в/гэф Рд,

0)

где а- коэффициент поверхностного натяжения;

в- угол смачивания;

Рэ - максимальное рабочее давление в полости 9,

Соотношения между эффективными капиллярными радиусами КС 11, дополнительного конденсатопровода 13, гладкостенной трубы 6, КС 8 и КС 21 выбраны из условий

.

ТПУ работает следующим образом.

Режим охлаждения объекта 1. Перед началом этого режима КС 7 осушена, и корпус и КС испарителя перегреты (на десятки, а в ряде случаев сотни градусов) по отношению к конденсатору. Затвор 12, дополнительный конденсатопровод 13, зазор 14 и КС 11 заполнены жидкостью. Чтобы начать охлаждение объекта 1, включают нагреватель 16 и подают на него мощность, обеспечивающую испарение жидкости из КО 18 к повышение в полости 9 давления до величины, превышающей капиллярное давление, которое может быть создано при эффективных капиллярных радиусах пор КС 11, но меньшей, чем капиллярное давление затвора 12, см. условие (1). Пар через окна 23 поступает в кольцевой конденсгтопровод 13 и вытесняет жидкость сначала из него, а затем из зазора 14 и КС 11 через трубу 6 в КС 7. При испарении из КС 7 отводится тепло от корпуса испарителя и объекта 1. Жидкость подается в испаритель принудительно под действием избыточного давления в полости 9. Благодаря этому объект 1 интенсивно охлаждается. Образующийся при испарении пар по паропроводу 5 поступает в конденсатор и конденсируется на КС 8. Образующийся конденсат собирается в накопителе 21. К концу режима охлаждения объекта 1 нагреватель 16 выключают. На этом этапе труба 6 и КС 11 осушены и давлнеие в полости 9, испарителе и конденсаторе выравнивается.

Режим нагрева объекта 1. На этом режиме включают нагреватель 4 и нагревают объект 1 до заданной температуры. Так как КС 7 осушена, то дополнительное тепло (тепло, которое приходится затрачивать кроме полезного тепла, необходимого для нагрева объема 1) отводится только на нагрев корпуса испарителя и КС 7. Одновременно с нагревом объекта 1 заполняются жидкостью КО 18 и накопитель. Жидкость поступает из КС 21 через окна 22 и затвор 12 и КО 18 и из

затвора 12 через дополнительный конденсатопровод 13 и зазор 14 в КС 11. К концу режима нагрева КО 18 и КС 11 заполняются жидкостью. Капиллярный радиус трубы 6

5 больше, чем у КС 11 и у КС 8. Поэтому в трубу 6 жидкость в режиме нагрева объекта 1 не поступает.

Технический эффект от использования изобретения заключается в том, что оно по10 зволяет повысить интенсивность теплоотво- да от охлаждаемого объекта, повысить термодинамическую эффективность работы ТПУ.

15 Формула изобретения

1.Теплопередающее устройство, содержащее испаритель и конденсатор с капиллярной структурой на внутренней поверхности, соединенные паропроводом и

20 конденсатопроводом, последний из которых снабжен нагревателем и на участке между последним и конденсатором - капиллярной структурой, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплоотвода

25 при периодическом отключении источника нагрева, конденсатопрозод выполнен на участке между нагревателем и испарителем в виде гладкостенной трубы,причем участок с капиллярной структурой в зонах

30 соединения с гладкостенным участком и конденсатором снабжен поперечными перегородками с отверстиями, одна из которых, расположенная в зоне соединения с конденсатором, снабжена со стороны кон35 денсаторпровода капиллярным покрытием, служащим капиллярным затвором, соединенным с капиллярной структурой участка конденсатопровода дополнительным конденсатопроводом, а нагреватель заключен в

40 кожух, покрытый капиллярной оболочкой, и установлен по оси конденсатопроаода. в котором размещена разделительная втулка, снабженная в зоне расположения дополнительного конденсатопровода переточ45 ными отверстиями и образующая с капиллярной оболочкой кожуха нагревателя паровую полость, при этом эффективный радиус капиллярной структуры конденсатопровода выбран меньшим соответствующих

50 радиусов капиллярной структуры конденсатора, дополнительного конденсатопровода и участка конденсатопровода в виде гладко- стенной трубы.

2.Устройство поп. 1,отличающее- 55 с я тем, что конденсатор снабжен дополнительной капиллярной структурой, служащей накопителем.

Использование: теплотехника, терморе- гулирующие устройства. Сущность изобретения: конденсатопровод выполнен составным и снабжен капиллярной структурой 11 лишь на участке размещения между 4gZE32S23Z53SE322:ai2gSS - 5 5 8$ 10 ft U 11 § biii/ / I t t Ш Фиг 1 е- ен уду зоной размещения нагревателя 4 и конденсатора 3. На участке между нагревателем 16 и испарителем 2 он выполнен в виде гладко- стенной трубы 6. Нагреватель 16 заключён в кожух 17. Последний покрыт капиллярной оболочкой 18. Разделительная втулка 15 снабжена переточными отверстиями 20 и образует с капиллярной оболочкой 18 паровую полость 9. Эффективный капиллярный радиус капиллярной структуры 11 конденса- топровода выбран меньшим соответствующих радиусов капиллярной структуры 8 конденсатора 3, дополнительного конден- сатопровода 13 и участка конденсатопрово- да в виде гладкостенной трубы 6. 1 з. п., ф-лы, 2 ил. 2411 Ё 19 W VI О О NJ Ч) О i 18 П W 15

ox

нг

Г

Фиг.2