ДВУХФАЗНОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к пульсационным тепловым трубам и контурным термосифонам, и может быть использована для отвода тепла от различных рассредоточенных теплонапряженных объектов.
Известна тепловая труба (авторское свидетельство СССР № 637615, МПК2 F28D 15/00, опубликовано 15.12.1978 г.), содержащая соединенные паро- и конденсатопроводами испаритель и расположенный над ним конденсатор, состоящий из внутреннего и внешнего контуров. Под испарителем расположены два теплообменника, один из которых включен в линию связи контуров конденсатора, а другой - во внешний контур конденсатора и связан с испарителем.
Недостатком известного устройства является невысокая теплопередающая способность и узкий диапазон применимости, преимущественно при невысоких тепловых нагрузках. Это обусловлено тем, что часть объема тепловой трубы выше уровня заполнения не может, превышать определенной величины для циркуляции теплоносителя по контуру. Увеличение количества тепла, подводимого к испарителю, приводит к перегреву испарителя из-за увеличения плотности пара в парожидкостной смеси, а, следовательно, к повышению температуры в трубе, либо к использованию только части подводимого тепла. И то и другое делает известное устройство малоэффективным.
Известна теплопередающая система, используемая в светодиодном осветительном устройстве (патент на полезную модель РФ №100587, МПК F21S 13/10, опубликован 20.12.2010), выполненная в виде двухфазного замкнутого герметичного контура, частично заполненная теплоносителем, включающая соединенные паропроводом и конденсаторопроводом испарительную камеру и расположенный над ним конденсатор, выполненный в виде змеевика.
Недостатком этой конструкции является возможность возникновения колебательных процессов при запуске устройства и как следствие возможность течения пара либо в нужном направлении по паропроводу к конденсатору, либо по конденсатопроводу к конденсатору. Последнее может заметно ухудшить функциональные возможности устройства в теплопередаче. Кроме того, наличие испарительной камеры, выполненной в виде таблетки, не позволяет собирать тепло от рассредоточенных в пространстве источников тепловыделения, что часто имеет место в системах тепловыделения. Это требует локального размещения источника тепловыделения с достаточно большой плотностью теплового потока, что также снижает функциональные свойства всей теплопередающей системы.
Задача полезной модели заключается в повышении эффективности и расширении эксплуатационных возможностей теплопередающего устройства.
Поставленная задача достигается за счет того, что в двухфазном теплопередающем устройстве, выполненном в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, включающем соединенные паропроводом и конденсатопроводом испаритель и расположенный над ним змеевиковый конденсатор, испаритель выполнен в виде змеевика, а в конденсатопровод установлен гидравлический затвор.
В качестве гидравлического затвора в устройстве могут быть использованы сопло, узкая часть которого направлена к испарителю, или пористая структура, размещенная на входе конденсатопровода в испаритель, при этом рекомендуется, чтобы гидравлическое сопротивление затвора было больше или равно суммарному гидравлическому сопротивлению испарителя, паропровода и конденсатора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема теплопередающего устройства.
Теплопередающее устройство выполнено в виде замкнутого герметичного контура, содержащего испаритель 1 и расположенный над ним конденсатор 2, выполненные в виде трубчатых змеевиков, которые соединены паропроводом 3 и конденсатопроводом 4 с образованием двухфазного контура. Устройство снабжено гидравлическим затвором 5, установленным в конденсатопроводе 4 - в линии связи конденсатора 2 и испарителя 1 по жидкостному тракту, на входе в испаритель 1. В качестве гидравлического затвора 5 может быть использовано сопло, узкая часть которого направлена к испарителю 1 или пористая структура, размещенная на входе конденсатопровода 4 в испаритель 1, при этом затвор 5 имеет гидравлическое сопротивление равное или больше, чем суммарное гидравлическое сопротивление испарителя 1, паропровода 3 и конденсатора 2.
Устройство заполнено теплоносителем до уровня А-А, при этом выше указанного уровня находится смесь пара и жидкости или смесь пара и неконденсирующегося газа, например воздуха.
Теплопередающее устройство работает следующим образом.
При подводе тепла к змеевиковому испарителю 1, в нем возникает пузырьковое кипение. Пузырьки пара поднимаются и образуют двухфазный поток теплоносителя, который по паропроводу 3 поступает во внутренний змеевиковый контур конденсатора 2, где, за счет наличия разности температур, а, следовательно, и давлений пара, пар конденсируется и жидкий теплоноситель по конденсатопроводу 4 возвращается в испаритель 1 под действием гравитации, замыкая испарительно-конденсационный цикл с гравитационным механизмом транспорта жидкого теплоносителя двухфазного теплопередающего устройства. Таким образом, создается насосный эффект, обеспечивающий движение теплоносителя.
Для придания циркуляции теплоносителя однонаправленного движения и снижения пульсаций в контуре циркуляции, характерных для такого рода двухфазных теплопередающих устройств, в конденсатопроводе 4 имеется гидравлический затвор 5, Затвор 5 гарантирует стабильный направленный запуск циркуляции теплоносителя в нужном направлении, а именно, в направлении движения генерируемого в змеевиковом испарителе 1 пара по паропроводу 3 к конденсатору 2, а образовавшегося в конденсаторе 2 конденсата по конденсатопроводу 4 к гидравлическому затвору 5 и от него к испарителю 1, замыкая тем самым испарительно-конденсационный цикл устройства. Включение в конденсатопровод 4 гидравлического затвора 5, гидравлическое сопротивление которого, существенно больше гидравлического сопротивления паропровода 3, увеличивает теплопередающую способность устройства и расширяет его эксплуатационные возможности.
Полезным свойством предлагаемой модели является выполнение испарителя в виде змеевика частично заполненного жидким теплоносителем. Это позволяет собирать тепло от рассредоточенных в пространстве или на поверхности источников тепловыделения с небольшой плотностью теплового потока, накапливая на выходе из испарителя требуемую величину теплового потока, необходимую для быстрого запуска устройства в нестационарных условиях. Это также создает положительный эффект и расширяет функциональные возможности всего теплопередающего устройства.