Теплообменное устройство
HEAT EXCHANGE DEVICE

Изобретение относится к теплотехнике и может применяться в теплообменных устройствах, действующих по принципу «тепловой трубы» и имеющих зону испарения ниже зоны конденсации. Может использоваться для отопления бытовых и производственных объектов.
Известно теплообменное устройство, содержащее тепловую трубу, один конец которой заглушен снизу и является зоной испарения, а другой заглушен сверху, является зоной конденсации (SU 319831, 02.11.1971). Недостатком данного теплообменного устройства является то, что в нем используется нагрев рабочего тела только теплоносителем, размещенным внутри него (например, электрическим), что затрудняет использование его для нагрева рабочего тела низкотемпературным теплоносителем, так как площадь теплоотдачи теплоносителя мала.
Известно теплообменное устройство, содержащее тепловую трубу, выполненную в виде камеры из профилированных листов металла, один конец которой заглушен снизу и является зоной испарения, а другой заглушен сверху, является зоной конденсации (RU 2476802, 10.02.2012).
Недостатками данного устройства является то, что рабочее тело, используемое в нем для испарения, после конденсации стекает в зону испарения по стенкам трубы, осуществляющей его конвекционный нагрев. Происходит снижение температуры рабочего тела в зоне его испарения, и тратится дополнительная энергия для ее нагрева. В результате чего коэффициент полезного действия процесса снижается. Кроме того, на коэффициент полезного действия влияет также то, что стекание конденсированной жидкости по стенкам камеры конденсации происходит в виде пленки, без ее разрыва на капли. Что также ухудшает условия теплоотдачи конденсируемой жидкости.
Наиболее близким по своей технической сущности является теплообменное устройство, содержащее составной пустотелый корпус, с размещенными в нем и соединенными друг с другом камерами конденсации и испарения, первая из которых образована замкнутой профилированной оболочкой с горизонтально расположенными гранями профиля, а вторая - цилиндрическим стаканом и коаксиально размещенной в нем с зазором относительно его днища воронкой, верхней частью выступающей над стаканом за его грани и внутренние грани профилированной оболочки. (RU №2563328, 20.09.2015).
Недостатком данного теплообменного устройства является то, что тепловые потоки, исходящие из верхней части оболочки его камеры конденсации, имеющие более высокую температуру, чем тепловые потоки нижней части оболочки, поднимаясь вертикально препятствуют отводу последних.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение эффективности теплообменника.
Настоящая задача решается тем, что в теплообменном устройстве, содержащем составной пустотелый корпус, с размещенными в нем соединяющимися друг с другом камерами конденсации и испарения, первая из которых образована замкнутой профилированной оболочкой с горизонтально расположенными гранями профиля, а вторая цилиндрическим стаканом и коаксиально размещенной в нем с зазором с относительно его днища воронкой, выступающей за грани стакана и внутренние грани профилированной оболочки, оболочка камеры конденсации выполнена в виде конуса или усеченного конуса.
Технической сущностью настоящего изобретения является повышение коэффициента полезного действия теплообменного устройства за счет разделения отводимых тепловых потоков, поднимающихся от различных частей оболочки камеры конденсации.
На фиг. 1 схема теплообменного устройства с профилированной оболочкой в виде усеченного конуса камеры конденсации.
На фиг. 2 схема теплообменного устройства с конической формой профилированной оболочки камеры конденсации, с направлением отводимых теплопотоков.
Теплообменное устройство состоит из замкнутого корпуса 1 с камерой испарения 2 и камерой конденсации 3. Камера испарения размещена в цилиндрическом стакане 4 с коаксиально размещенным в нем сборником конденсата, выполненным в виде воронки 5 с удлиненной сливной трубкой 6. В камере испарения 3 залита испаряемая жидкость 7 (например, раствор ацетона в воде). Объем испаряемой жидкости в камере испарения должен быть в меру большим. Камера конденсации 3 образована замкнутой профилированной оболочкой 8, внутренние грани 9 которой размещены над воронкой 5. Корпус 1 крепится на трубе 10 с теплоносителем 11 в вертикальной плоскости. Установленное таким образом устройство позволяет омывать теплоносителем его камеру испарения 2, испаряемой жидкости в виде пара устремляться вверх в камеру конденсации 3, конденсироваться на ее стенках и за счет сил гравитации возвращаться снова в камеру испарения.
Теплообменное устройство монтируется корпусом 1, содержащим камеру испарения 2, в трубу 10 таким образом, чтобы он омывался теплоносителем 11. Низкотемпературный теплоноситель 11 нагревает испаряемую жидкость 7, находящуюся в камере испарения 2, которая превращается в пар и поступает в камеру конденсации 3. В камере конденсации 3 пар конденсируясь отдает свое тепло стенкам камер (при этом в момент фазового перехода происходит дополнительное выделение энергии).
Конденсат образует пленку жидкости на поверхности профилированной оболочки, пленка разрывается на внутренних гранях 9 и каплями или струйками стекает с них, попадая в воронку 5, и по коаксиально размещенной в камере испарения трубке 6 поступает в нижние слои испаряемой жидкости 7, не понижая температуру ее верхнего слоя и не нарушая ее восходяще направленное перемещение. Нагретая сконденсированной жидкостью профилированная оболочка, вследствие того, что имеет коническую форму или форму усеченного конуса, отдает тепло в окружающую ее среду, не нарушая ламинарности движения поднимающихся тепловых потоков с разных ее частей.