ВАКУУМНЫЙ РАДИАТОР
VACUUM RADIATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к вакуумным радиаторам и может быть использовано для отопления помещений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В GB 2099980 А, опубл. 15.12.1982, известен радиатор, включающий корпус, который представляет собой герметизированное пространство, заполненное первым теплоносителем. В нижней части корпуса проходит труба, покрытая фитилем (металлическая сетка). При этом уровень первого теплоносителя лежит ниже трубы, а фитиль, покрывающий трубу, частично погружен в первый теплоноситель. По трубе идет второй теплоноситель, отдающий тепло, с поверхности трубы испаряется первый теплоноситель, пар заполняет объем радиатора и, конденсируясь, отдает тепло стенкам.
Недостатками известного радиатора является дополнительное тепловое сопротивление из-за невозможности создать хороший тепловой контакт между фитилем и трубой. Кроме того, мощность радиатора лимитируется пропускной способностью фитиля.
Из US 2002/134427 А1, опубл. 26.09.2002, известен радиатор, содержащий полый герметичный вакуумированный корпус, образующий замкнутый объем, заполненный легкокипящей жидкостью. В нижней части корпуса проходит труба, заполненная теплоносителем из системы отопления. Труба частично погружена в легкокипящую жидкость. При прохождении по трубе горячего теплоносителя, жидкость внутри радиатора закипает, пар заполняет объем радиатора и, конденсируясь, отдает тепло стенкам.
Недостатками известного радиатора является шум от радиатора, созданный в результате кипения легкокипящей жидкости, причем замкнутый объем радиатора выполняет роль резонатора. Кроме того, не вся площадь трубы участвует в теплообмене, что снижает мощность радиатора.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является RU 2322643, опубл. 20.04.2008. В наиболее близком аналоге раскрыт вакуумный радиатор, содержащий заполненный жидкостью замкнутый объем, образованный корпусом, содержащим герметично соединенные между собой два профилированных стальных листа, и медную трубу, проходящую в нижней части корпуса радиатора, при этом по трубе течет теплоноситель из системы отопления. Конструкция радиатора обеспечивает нагрев и кипение жидкости в замкнутом объеме радиатора, при этом обеспечивается перемещение (циркуляция) паров жидкости по всей полости, в процессе конденсации которых отдается тепло стенкам радиатора.
Недостатками наиболее близкого аналога является то, что кипение в замкнутом объеме создает характерный шум при работе радиатора. Так как весь объем радиатора заполнен жидкостью, при нагревании и расширении жидкости, а также при кипении жидкости, в полости создается большое избыточное давление, что накладывает ограничения на прочность стенок радиатора.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка вакуумного радиатора, обеспечивающего высокую эффективность теплопередачи при отсутствии шума в процессе его работы.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплопередачи и снижение шума при работе вакуумного радиатора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что вакуумный радиатор содержит корпус, выполненный из двух герметично соединенных межу собой частей, образующих замкнутый объем, откачанный до вакуума. При этом каждая из частей корпуса радиатора выполнена в виде двух герметично соединенных между собой листов материала с низкой газопроницаемостью, выполненного с возможностью выдерживать перепад давлений в 1 атм, а нижняя часть корпуса радиатора выполнена с уширением. Причем внутри нижней части корпуса радиатора расположена металлическая труба, заполненная теплоносителем из системы отопления, на наружной поверхности которой выполнены микроканалы в виде канавок, расположенных поперек продольной оси металлической трубы, а объем нижней части корпуса радиатора заполнен низкокипящей жидкостью, уровень которой касается нижней наружной поверхности металлической трубы. При этом стенки верхней части корпуса размещены над металлической трубой внутри нижней части.
Что в замкнутом объеме корпуса создано остаточное давление 3-10 кПа при температуре 20°С.
Температура теплоносителя составляет 35-90°С.
В качестве низкокипящей жидкости применена вода.
Вода содержит ингибитор.
В качестве ингибитора применены ИФХАН-8, ИФХАН-8Б.
В качестве низкокипящей жидкости применены спирты, карбонаты. В качестве спиртов применены метиловый, этиловый или изопропиловый спирты.
В качестве карбонатов применены этиленкарбонат, диметилкарбонат, смесь этиленкарбоната и диметилкарбоната в соотношении 3:7.
В качестве теплоносителя применены вода, антифриз, тосол.
Герметичное соединение листов корпуса радиатора выполнено при помощи сварки, пайки или клея.
В качестве материала металлической трубы применены сталь, медь или алюминий.
В качестве материала листов корпуса радиатора применены медь, алюминий, сталь, стекло или вакуумплотные пластики.
Поперечное сечение нижней части корпуса радиатора выполнено в виде круга или многоугольника.
В качестве многоугольника применены квадрат, прямоугольник, трапеция.
Центральные оси канавок микроканалов выполнены перпендикулярно продольной оси металлической трубы.
Центральные оси канавок микроканалов выполнены под углом 10-15° относительно поперечной оси металлической трубы.
Канавки микроканалов имеют глубину 0,60-1,15 мм, ширину 30-200 мкм, с шагом между канавками 0,3-0,5 мм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Продольный разрез вакуумного радиатора;
Фиг. 2 - Поперечный разрез вакуумного радиатора;
Фиг. 3 - Увеличенный масштаб поперечного разреза нижней части корпуса радиатора;
1 - верхняя часть корпуса радиатора; 2 - нижняя часть корпуса радиатора; 3 - металлическая труба; 4 - низкокипящая жидкость; 5 - микроканалы; 6 - пар; 7 - конденсат.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вакуумный радиатор содержит корпус (1), выполненный из двух герметично соединенных между собой частей (1, 2), образующих замкнутый объем, откачанный до вакуума. При этом каждая из частей (1, 2) корпуса радиатора выполнена в виде двух герметично соединенных между собой листов материала с низкой газопроницаемостью, выполненного с возможностью выдерживать перепад давлений в 1 атм, а нижняя часть (2) корпуса радиатора выполнена с уширением, причем внутри нижней части (2) корпуса радиатора расположена металлическая труба (3), заполненная теплоносителем из системы отопления, на наружной поверхности которой выполнены микроканалы (5) в виде канавок, расположенных поперек продольной оси металлической трубы (3), а объем нижней части (2) корпуса радиатора заполнен низкокипящей жидкостью, уровень которой касается нижней наружной поверхности металлической трубы (3), при этом стенки верхней части (1) корпуса радиатора размещены над металлической трубой (3) внутри нижней части (2).
В замкнутом объеме корпуса радиатора создано остаточное давление 3-10 кПа при температуре 20°С.
Температура теплоносителя составляет 35-90°С.
В качестве низкокипящей жидкости применена вода, при использовании которой в замкнутом объеме создается остаточное давление, предпочтительно, 3-5 кПа.
Вода содержит ингибитор.
В качестве ингибитора применены ИФХАН-8, ИФХАН-8Б.
В качестве низкокипящей жидкости применены спирты, карбонаты, при использовании которых в замкнутом объеме создается остаточное давление, предпочтительно, 5-10 кПа.
В качестве спиртов применены метиловый, этиловый или изопропиловый спирты.
В качестве карбонатов применены этиленкарбонат, диметилкарбонат, смесь этиленкарбоната и диметилкарбоната в соотношении 3:7.
В качестве теплоносителя применены вода, антифриз, тосол.
Герметичное соединение листов корпуса радиатора выполнено при помощи сварки, пайки или клея.
В качестве материала металлической трубы (3) применены сталь, медь или алюминий.
В качестве материала листов корпуса радиатора применены медь, алюминий, сталь, стекло или вакуумплотные пластики.
Поперечное сечение нижней части (2) корпуса радиатора выполнено в виде круга или многоугольника.
В качестве многоугольника применены квадрат, прямоугольник, трапеция.
Центральные оси канавок микроканалов (5) выполнены перпендикулярно продольной оси металлической трубы (3).
Центральные оси канавок микроканалов (5) выполнены под углом 10-15° относительно поперечной оси металлической трубы (3). При этом оси канавок наклонены справа или слева от оси металлической трубы (3).
Канавки микроканалов (5) имеют глубину 1,00-1,15 мм, ширину 30-50 мкм, с шагом между канавками 0,3-0,4 мм.
Вакумный радиатор в соответствии с фиг. 1-3 работает следующим образом.
Пример 1
Теплоноситель (вода) с температурой 60°С из системы отопления подается в металлическую трубу (3), выполненную из стали и расположенную внутри нижней части (2) корпуса радиатора, в замкнутом объеме которого создано остаточное давление 5 кПа при температуре 20°С, при этом объем нижней части (2) корпуса радиатора заполнен низкокипящей жидкостью (водой с ингибитором ИФХАН-8), уровень которой касается нижней наружной поверхности металлической трубы (3). При этом на наружной поверхности металлической трубы выполнены микроканалы (5) в виде канавок (см. Фиг. 3), расположенных поперек продольной оси металлической трубы (3). Центральные оси канавок микроканалов (5) выполнены перпендикулярно продольной оси трубы, имеющие глубину 1,15 мм, ширину 40 мкм, с шагом между канавками 0,4 мм. При этом за счет капилярных сил микроканалы заполнены легкокипящей жидкостью. В результате протекания теплоносителя вдоль металлической трубы (3), теплоноситель нагревает металлическую трубу (3), которая передает тепло низкокипящей жидкости внутри каналов и нагревает ее. За счет созданного остаточного давления в корпусе радиатора низкокипящая жидкость начинает кипеть при температуре 35°С с образованием пара (6), который заполняет замкнутый объем корпуса радиатора, при дальнейшем нагреве жидкости до температуры теплоносителя замкнутый объем корпуса радиатора заполняется насыщенным паром (6) при температуре подаваемого теплоносителя. Образовавшийся пар (6), перемещаясь по всему замкнутому объему корпуса радиатора, конденсируется на внутренних стенках корпуса радиатора, отдавая тепло стенке корпуса радиатора, которая, в свою очередь, передает тепло окружающей среде. Образовавшийся на внутренней поверхности стенки верхней части (1) корпуса радиатора конденсат (7) стекает по внутренней поверхности стенки верхней части (1) корпуса и капает на верхнюю поверхность металлической трубы (3), тем самым способствуя постоянному уровню жидкости в канавках микроканалов (5). Легкокипящая жидкость удерживается в канавках микроканалов (5) за счет капилярных сил. За счет того, что уровень низкокипящей жидкости (4) в нижней части (2) корпуса радиатора совпадает с нижней поверхностью металлической трубы (3), а также за счет того, что капиллярные силы растаскивают легкокипящую жидкость в канавках микроканалов, нарезанных на трубе, в месте касания трубы и поверхности жидкости не происходит пузырькового кипения. После выхода теплоносителя, протекающего по металлической трубе (3), из корпуса радиатора, более холодный теплоноситель предается на нагрев, после чего его снова подают в вакуумный радиатор.
Пример 2
Пример 2 аналогичен примеру 1, за исключением того, что в качестве теплоносителя используют антифриз с температурой 40°С, металлическая труба (3) выполнена из алюминия; в замкнутом объеме корпуса радиатора создано остаточное давление 10 кПа при температуре 20°С; в качестве низкокипящей жидкости используют изопропиловый спирт. За счет созданного в замкнутом объеме корпуса радиатора остаточного давления низкотемпературная жидкость начинает кипеть при температуре 30°С. Центральные оси канавок микроканалов (5) выполнены под углом 10° относительно поперечной оси металлической трубы (3), имеющие глубину 1,05 мм, ширину 30 мкм, с шагом между канавками 0,35 мм.
Пример 3
Пример 3 аналогичен примеру 1, за исключением того, что в качестве теплоносителя используют антифриз с температурой 90°С, металлическая труба (3) выполнена из алюминия; в замкнутом объеме корпуса радиатора создано остаточное давление 3 кПа при температуре 20°С; в качестве низкокипящей жидкости используют воду с ингибитором ИФХАН-8Б. За счет созданного остаточного давления в корпусе радиатора низкокипящая жидкость начинает кипеть при температуре 24°С. Центральные оси канавок микроканалов (5) выполнены под углом 5°.
Пример 4
Пример 4 аналогичен примеру 2, за исключением того, что в качестве теплоносителя используют тосол с температурой 60°С, металлическая труба (3) выполнена из алюминия; в замкнутом объеме корпуса радиатора создано остаточное давление 7 кПа при температуре 20°С; в качестве низкокипящей жидкости используют изопропиловый спирт. За счет созданного остаточного давления в корпусе радиатора низкокипящая жидкость начинает кипеть при температуре 27°С.
Как показали эксперименты, применение заявленного вакуумного радиатора позволяет исключить шум при работе вакуумного радиатора, так как металлическая труба с микроканалами не погружена в легкокипящую жидкость, а объем низкокипящей жидкости в канавках микроканалов не достаточен для появления в нем пузырей, вызывающих шум при работе вакуумного радиатора, т.е. в вакуумном радиаторе не происходит пузырькового кипения. Кроме того, испарение легкокипящей жидкости идет со всей поверхности металлической трубы, что приводит к повышению мощности теплоотдачи, за счет того вся разветвленная площадь трубы участвует в теплообмене, следовательно повышается эффективности теплопередачи.
Микроканалы выполняют роль своего рода впитывающего слоя, имеющего хороший тепловой контакт с трубой (поверхность является частью трубы), что позволяет значительно увеличить мощность радиатора.
Выполнение канавок микроканалов наклонными обеспечивает получение развитой поверхности большей площади на наружной поверхности, что приводит повышению мощности радиатора, следовательно к увеличению эффективности теплопередачи
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить вакуумный радиатор, обеспечивающий высокую эффективность теплопередачи при отсутствии шума в процессе его работы.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.