УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА

Полезная модель относится к теплопередающим устройствам и может быть использована в области теплотехники, в частности, для обогрева различных объектов, в том числе, жилых и служебных помещений, а также для горячего водоснабжения.
Известен термосифонный теплообменник (авт. свидетельство СССР № 1.132.140, опубл. БИ № 48, 30.12.84), содержащий частично заполненный теплоносителем пучок сребренных тепловых труб, имеющих разъем между зонами испарения и конденсации, подключенными к соответствующим сборным камерам и коллектору, установленному в разъеме пучка и соединенному со сборной камерой зоны испарения посредством конденсатопровода.
Недостатком такого устройства является снижение его эффективности из-за перемешивания потоков пара и конденсата, которое происходит в паровом коллекторе, установленном в разъеме пучка тепловых труб.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двухфазный контурный термосифон (Chen Yuanguo and Kuan Jian, Analysis and Experiment of the Thermosyphon Engine, Proc. of the 9-th International Heat Pipe Conference, Beijing, 1992, p.p.466-470), который включает два теплообменника размещенных один выше другого и соединенных посредством паропровода и конденсатопровода. Причем теплообменники выполнены в виде пучка вертикально расположенных трубок с горизонтальным оребрением, верхние концы которых связаны с паровым коллектором, а нижние - с жидкостным коллектором. Теплообменник, расположенный ниже, выполняет роль испарителя, а другой теплообменник является конденсатором, причем паропровод расположен выше конденсатопровода и подключен к паровым коллекторам испарителя и конденсатора, а конденсатопровод - к их жидкостным коллекторам.
Основным недостатком такого устройства является то, что оно предназначено только для вынужденного конвективного теплообмена между горячей и холодной газовыми средами, что ограничивает область его возможного применения. Кроме того, данное устройство плохо поддается тепловому регулированию, направленному на поддержание температуры нагреваемого объекта или среды на заданном уровне.
Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить регулируемый обогрев различных объектов - твердых, жидких или газообразных, расположенных на расстоянии от источника тепла или которые не могут находится в непосредственном контакте с источником тепла - как в условиях кондуктивного, так и вынужденного или естественного теплообмена конденсатора с обогреваемым объектом.
Устройство для обогрева выполнено в виде замкнутого двухфазного контурного термосифона и включает испаритель в виде камеры преимущественно цилиндрической формы и расположенный выше него конденсатор, тип и конструкция которого соответствует обогреваемому объекту. Испаритель и конденсатор сообщаются посредством паропровода, подключенного к верхним частям испарителя и конденсатора, и конденсатопровода, входное и выходное устья которого расположены в нижней части испарителя и конденсатора. Испаритель снабжен нагревателем, в частности, электрическим, связанным с блоком регулирования и датчиком температуры, размещенным в обогреваемом объекте, а конденсатор находится в непосредственном тепловом контакте с последним.
В некоторых случаях, для удобства обеспечение теплового контакта испарителя с источником тепла, например, путем погружения, конденсатопровод может быть подключен к верхней части испарителя так, что его выходное устье располагается в нижней части последнего. При этом вся заполненная рабочей жидкостью часть испарителя является свободной для теплового контакта с источником тепла.
Для удобства сопряжения с обогреваемым объектом, в частности, с газовой или жидкой средой, обогреваемой путем как естественной, так и вынужденной конвекции, конденсатор может быть выполнен в виде петли снабженной вертикальным оребрением или сопряженной с оребренной радиационной панелью.
Для подавления пульсаций давления и связанны с ним вибраций, а также для снижения шумовых эффектов, характерных для кипения в большом объеме при пониженном давлении, испаритель может быть снабжен капиллярно-пористой набивкой (вставкой), протяженность которой соответствует степени заполнения испарителя рабочей жидкостью. Размер пор набивки и ее пористость должны быть достаточно большими, чтобы не создавать значительного гидравлического сопротивления, но, в то же время, ограничивать рост паровых пузырей и обеспечивать сепарацию пара от жидкости. В качестве такой набивки может быть использован, в частности, высокопористый ячеистый материал (ВПЯМ) из никеля или меди с характерным размером пор 0,5-2 мм и пористостью 90-95%.
Если устройство используется для нагрева проточной воды или иной текучей среды, то целесообразно использовать в качестве конденсатора теплообменник типа «труба в трубе. Теплообменник снабжен рубашкой на наружной поверхности с патрубками для подвода и отвода нагреваемой среды. Рубашка последовательно соединена с внутренней полостью конденсатора через соответствующей входной патрубок посредством дополнительного трубопровода. Внутренняя полость имеет также выходной патрубок для отбора нагретой текучей среды и турбулизатор потока для интенсификации теплообмена с текучей средой.
На фиг. 1 представлена схема устройства для обогрева; на фиг.2 - схема того же устройства с конденсатором в виде петли с вертикальным оребрением; на фиг.З - схема испарителя устройства с капиллярно-пористой набивкой;
Ј  я
на фиг.4 - схема конденсатора выполненного в виде теплообменника типа «труба в трубе.
Устройство для обогрева (фиг.1) выполнено в виде двухфазного замкнутого контурного термосифона и включает испаритель 1, преимущественно цилиндрической формы, частично заполненный рабочей жидкостью 2, сообщающийся с конденсатором 3 посредством паропровода 4, подключенного к верхним частям испарителя 1 и конденсатора 3 и расположенного ниже него конденсатопровода 5, входное и выходное устья 7 и 8 которого расположены в нижней части, конденсатора 3 и испарителя 1. Испаритель 1 снабжен нагревателем 8, связанным с блоком 9 регулирования и датчиком 10 температуры.
Конденсатопровод 5 может быть подключен к верхней части испарителя 1, а конденсатор 3 может быть выполнен в виде петли 11, снабженной вертикальным оребрением 12 (фиг.2). Петля И может быть также связана с оребренной радиационной панелью (на чертеже не показана).
Испаритель 1 устройства может быть снабжен капиллярно-пористой набивкой 13 в которой выполнены продольные пароотводные каналы 14 (фиг.З).
Конденсатор 3 устройства может быть выполнен в виде теплообменника 15 типа «труба в трубе, на внешней поверхности которого размещена рубашка 16, имеющая входной и выходной патрубки 17 и 18 для прокачки нагреваемой текучей среды. Рубашка 16 последовательно соединена посредством дополнительного трубопровода 19 с входным патрубком 20 внутренней полости 21, имеющей также выходной патрубок 22 для отбора нагреваемой текучей среды (фиг.4).
Для интенсификации теплообмена во внутренней полости 21 теплообменника 15 последняя может быть дополнительно снабжена турбулизатором потока 23.
Устройство для нагрева работает следующим образом. При подводе тепла к испарителю 1 рабочая жидкость 2 в нем закипает. Образовавшийся пар движется по паропроводу 4 в конденсатор 3, где конденсируясь отдает тепло среде или объекту, находящимся в тепловом контакте с конденсатором 3. Образовавшийся конденсат по конденсатопроводу 5 возвращается в испаритель, движение пара и жидкости в устройстве осуществляется под действием разности температур и давлений между испарителем и конденсатором. Разность давлений определяется соотношением:
АР  (рж - рп) g(h2 - hi}, где рж и рп- плоскости рабочей жидкости и пара, g - ускорение свободного падения,
h2 - hj - разность высот столба жидкости в вертикальном участке конденсатопровода и испарителя.
Если нагреватель 8 соединен с блоком 9 автоматического регулирования температуры и датчиком 10 температуры, размещенным в обогреваемом объекте или среде, то с помощью такого устройства можно поддерживать температуру обогреваемого объекта или среды на заданном уровне.
Если в качестве источника тепла используется, например, тепловой аккумулятор в виде сосуда с теплоаккумулирующей средой, то конденсатопровод 5 подключается к верхней части испарителя 1, так, что его выходное устье 7 размещается в нижней части испарителя 1. В этом случае работа устройства происходит таким же образом, но испаритель 1 при этом освобождается от нижней связи с конденсатопроводом 5, препятствующей погружению испарителя 1 в сосуд с теплоаккумулирующей средой.
Если в качестве нагреваемой среды является, например, воздух в помещении, то целесообразно выполнить конденсатор 3 в виде петли 11, сопряженной с вертикальным оребрением 12, которое способствует
повышению эффективности теплообмена как при естественной, так и при вынужденной конвекции.
Для того, чтобы подавить вибрационные и шумовые эффекты связанные с процессом кипения в испарителе 1 при пониженных давлениях, в нем может быть размещена капиллярно-пористая набивка (вставка) 13, которая препятствует сильному росту паровых пузырей и способствует сепарации пара и жидкости. Протяженность набивки 13 соответствует количеству рабочей жидкости 2 в испарителе 1 и потому она практически не участвует в капиллярной транспортировке рабочей жидкости 2. Для снижения потерь давления в набивке 13 могут быть выполнены продольные каналы 14.
Если устройство предназначено для нагрева проточной среды, в частности, воды, используют для бытовых нужд, то последняя через патрубок 17 подается в рубашку 16 расположенную на внешней поверхности конденсатора 15, выполненного в виде теплообменника типа «труба в трубе. Через выходной патрубок 18 рубашки 16, по дополнительному трубопроводу 19 через входной патрубок 20 вода поступает во внутреннюю полость конденсатора 21, где получает дополнительное тепло и выходит к потребителю через патрубок 22. Интенсификации теплообмена во внутренней полости 21 конденсатора 15 способствует турбулизатор потока 23.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит иметь многофункциональное устройство для обогрева различных объектов и сред, включающее возможность поддержания температуры объекта или среды на заданном уровне.