ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к области теплотехники и может быть использовано для термостатирования теплонагруженных объектов. В частности, полезная модель может быть реализована в составе системы терморегулирования космического аппарата.
Известно устройство [RU, 2120592, 1998.10.20], содержащее несколько испарителей, каждый из которых снабжен капиллярной структурой с центральным каналом для подвода конденсата и системой периферийных канавок для отвода пара, конденсатор, паропровод и конденсатопровод, а также гидроаккумулятор. Надежный запуск и работа устройства обеспечиваются расположением гидроаккумулятора и конденсатора выше и ниже испарительной секции соответственно, при этом конденсат возвращается к испарителям, проходя через гидроаккумулятор. Положительными факторами данного решения являются простота конструкции, и работа без применения вспомогательных устройств, что повышает массо-энергетическую эффективность устройства. Недостатком данной конструкции, является отсутствие возможности регулирования температуры в зоне испарения, что не позволяет обеспечить точное термостатирование теплонапряженного объекта.
Известно также устройство [RU, 93953, 2010.05.10], содержащее соединенные паро- и конденсатопроводом испарители с установленными внутри капиллярными насосами, по меньшей мере, один конденсатор, резервуар, присоединенный трубопроводом к конденсатопроводу, и термоэлектрическими микрохолодильниками, присоединенными горячими спаями к зонам теплоподвода испарителей, а холодными - к компенсационным полостям испарителей, заполненных крупнопористой капиллярной структурой. Резервуар, подсоединенный к конденсатопроводу, оснащен внутренней капиллярной структурой и электронагревателем, а трубопровод, ведущий к резервуару, снабжен самоблокирующимся электроклапаном. Резервуар здесь выполняет функцию теплового гидроаккумулятора.
К достоинствам конструкции можно отнести надежность запуска и возможность точного термостатирования теплонапряженного объекта за счет активного регулирования температуры зоны теплоподвода. Однако, в данной схеме не предусмотрена возможность снижения влияния накопления неконденсирующихся газов (НКГ) на работу устройства, что необходимо для обеспечения длительной работы устройства в условиях космического пространства.
Описанное устройство является наиболее близким, к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и функциональному назначению.
Целью предлагаемой полезной модели является эффективный отвод тепла от теплонагруженных объектов за счет процессов фазового превращения теплоносителя, который обеспечивает точное термостатирование с возможностью изменения уровня температуры и парирования влияния неконденсирующихся газов на работу устройства.
Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит оснащенные термоэлектрическими микрохолодильниками испарители, соединенные паро- и конденсатопроводом с, по меньшей мере одним конденсатором, и тепловой гидроаккумулятор с внутренней капиллярной структурой. Тепловой гидроаккумулятор и рекуперативный теплообменник установлены в конденсатопроводе, при этом конденсатор и вход теплового гидроаккумулятора связаны по теплоносителю одним каналом рекуперативного теплообменника, а выход теплового гидроаккумулятора и испарители - другим.
Предлагаемая конструкция обеспечивает надежный запуск и работу устройства, а также точную термостабилизацию теплонапряженного объекта на нескольких температурных уровнях за счет активного регулирования температуры зоны теплоподвода путем изменения давления в контуре при помощи теплового гидроаккумулятора (ТГА). Кроме того, предлагаемая схема устройства обеспечивает возможность отделения и блокирования в капиллярной структуре гидроаккумулятора неконденсирующихся газов, образующихся при длительной работе устройства в условиях космического пространства. Данное решение позволяет значительно увеличить срок активного существования устройства, поскольку накопление НКГ является основным фактором, ограничивающим его ресурс. Для компенсации подогрева теплоносителя при его протекании через ТГА в схему введен рекуперативный теплообменник, позволяющий снизить температуру теплоносителя, поступающего на вход испарителей из ТГА, за счет теплообмена с холодным теплоносителем, поступающим в ТГА из конденсатора.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется иллюстрацией на Фигуре. На Фигуре схематично показана конструкция теплопередающего устройства.
Теплопередающее устройство содержит оснащенные термоэлектрическими микрохолодильниками (ТЭМХ) 1 испарители 2, соединенные паро- 3 и конденсатопроводом 4 с, по меньшей мере, одним конденсатором 5, ТГА 6 с внутренней капиллярной структурой. ТГА 6 снабжен электрическим нагревателем. ТГА 6 и рекуперативный теплообменник 7 установлены в конденсатопроводе 4.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии контур заполнен теплоносителем, давление определяется температурой в ТГА 6. Перед подачей тепловой нагрузки к испарителям 2, подается электропитание на ТЭМХ 1, они включаются, создавая градиент температур и давления в испарителе, тем самым запуская циркуляцию теплоносителя в контуре. Пар по паропроводу 3 перемещается к конденсатору 5, где отдавая тепло, конденсируется и возвращается к испарителю 2 по конденсатопроводу 4, протекая через ТГА 6. Внутренняя капиллярная структура ТГА 6 задерживает неконденсирующиеся газы, содержащиеся в поступающем на его вход теплоносителе. Выходящий из ТГА 6 теплоноситель может иметь более высокую температуру, которая снижается при его протекании через рекуперативный теплообменник 7 за счет теплообмена с холодным теплоносителем, поступающим из конденсатора 5. Устройство выходит на дежурный режим работы (циркуляция при малой тепловой нагрузке). При поступлении основной тепловой нагрузки (от объекта термостатирования) на испаритель, контур выходит на штатный режим, при этом доля конденсатора, занятая паром, увеличивается, вытесняя избыток жидкой фазы теплоносителя в ТГА 6. После снятия тепловой нагрузки устройство возвращается в исходное состояние.
Эффективность предложенного решения подтверждена тепловыми испытаниями макетного образца теплопередающего устройства. Надежный запуск осуществляется как при помощи ТЭМХ, так и при повышении давления в контуре. Устройство успешно работает в широком диапазоне изменения тепловых нагрузок на испарителях вплоть до нуля. Регулирование температуры ТГА определяет температуру испарителя, оперативно реагируя на изменение нагрузки, подводимой от объекта термостатирования.