Устройство для периодического нагрева и охлаждения объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАГРЕВА И ОХЛАВДЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее нагреватель, охладитель и переключатель, отличающееся тем, что, с целью расширения области его применения, переключатель выполнен в виде трех заполненньк легкокипящим теплоносителем герметичных камер, первая из которых контактирует с нагревателем вторая - с охладителем, третья соединительная контактирует с объектом и с первой и второй камерами, а в каждой контактирующей с нагревателем и охладителем герметичной камере ньшолнены два разделенных гладкостенным промежутком участка капиллярной структуры, один из которых расположен на поверхности, примыкающей к третьей камере, а другой - на поверхности, примыкающей к нагревателю для первой камеры, и на поверхности, примыкающей к охладителю для второй камеры, причем в первой и второй герметичных камерах установлены термочувствительные пластины, один конец термочувствительной пластины закреплен неподвижно относительно камеры, а другой установлен с образованием капиллярного канала, соединяющего два участка капиллярной структуры камеры , причем в процессе срабатывания термочувствительных пластин перемещения их свободных концов проти воположны.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 05 D 23/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3511271/24-24 (22) 15; 11.82 (46) 07 04 85. Бюп. № 13 (72) И.И. Блинчевский (53) 621. 555(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 258660, кл. Н 01 Ь 35/02, 1967.

2. Proceeding of the 4 Jnternat i on a 1. Cr iogen ic Engineer ing Con f erence Eindroven, 24-26 мая, 1972, с. 122-125 (прототип}, (54) (57} УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ ОБЬЕКТА, содержащее нагреватель, охладитель и переключатель, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения области его применения, переключатель выполнен в виде трех заполненных легкокипящим теплоносителем герметичных камер, первая из которых контактирует с нагревателем, вторая - с охладителем, третья соединительная контактирует с объек„.SU„„1149228 А том и с первой и второй камерами, а в каждой контактирующей с нагревателем и охладителем герметичной камере выполнены два разделенных гладкостенным промежутком участка капиллярной структуры, один из которых расположен на поверхности, примыкающей к третьей камере, а другой — на поверхности, примыкающей к нагревателю для первой камеры, и иа поверхности, примыкающей к охладителю для второй камеры, причем в первой и второй герметичных каме- рах установлены термочувствительные пластины, один конец термочувст- вительной пластины закреплен непо- .® движно относительно камеры, а другой установлен с образованием капиллярного канала, соединяющего два участка капиллярной структуры камеры, причем в процессе срабатывания термочувствительных пластин перемещения их свободных концов противоположны. I 11

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к регулированию температуры объекта, и может быть использовано, например, при испытаниях приборов и агрегатов на термо, ° циклирование.

Известно реверсивное устройство охлаждения-нагрева, содержащее силовой трансформатор, к средней точке вторичной обмотки которого. при соединен отрицательный вывод полупроводниковой термобатареи. двухполупериодный выпрямитель и двухкомпозиционный переключатель режимов, присоединенный к положительному выводу термобатареи, неподвижные контакты переключателя режимов присоединены соответственно к плюсовой шине выпрямителя и дополнительному выводу вторичной обмотки силового трансформатора (11.

Недостатком этого устройства явля ется сложность электрической схемы.

Наиболее близким к изобретению является устройство для периодического нагрева и охлаждения объекта, содержащее нагреватель, охладитель и переключатель. Устройство предназначено для периодического нагрева и охлаждения адсорбента водорода в тепловом компрессоре и содержит размещенные внутри цилиндрического корпуса змеевиковый охладитсль, через который прокачивается охлаждающая вода, и спиральный электронагреватель. Переключение от нагрева к охлаждению обеспечивается путем включения электронагревателя и открывания клапана на прокачку воды через змеевик (21, Недостаток известного устройства — ограниченная область применения, обусловленная необходимостью использовать для нагрева электроэнергию. Кроме того, переключатель известного устройства конструктивно сложен, так как должен состоять из трех устройств: устройства включения-выключения электронагревателя, устройства открывания-закрывания клапана и устройства синхронизации.

Цел ью из обре те ния является расширение области применения устройства для периодического нагрева и охлаждения объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для периодического нагрева и охлаждения объек49228 1 та, содержащее нагреватель, охлади3 тель и переключатель, последний выполнен в виде трех заполненных легкокипящим теплоносителем герметичных камер, первая из которьх контактирует с нагревателем, вторая — с охладителем, третья соединительная контактирует с объектом и с первой и второй камерами, а в каждой контактирующей с нагревателем и охладителем герметичной камере выполнен два разделенных глад. костенным промежутком участка капиллярной структуры, один из которых расположен на поверхности, примыкающей к третьей камере, а другой— на поверхности, примыкающей к нагревателю для первой камеры, и на поверхности, примыкающей к охладителю для второй камеры, причем в первой н второй герметичных камерах установлены термочувствительные, пластины, один конец термочувствительной пластины закреплен неподвижно относительно камеры, а другой установлен с образованием капиллярного канала, соединяющего два участка капиллярной структуры камеры, причем в процессе срабатывания термочувст30 вительных пластин перемещения их свободных концов IIp0THB0II03IQKHbl

На чертеже изображено данное устройство.

Устройство для периодического нагрева н охлаждения объекта содержит объект 1, три герметичные камеры 2-4,заполненные теплоносителем, находящимся в диапазоне рабочих температур камеры в двух фазах: жидкой и парообразной. Выбор теплоносителя зависит от температуры. Напри— мер, в качестве теплоносителя для объекта, работающего в диапазоне температур от -50 до +50 С, может быть использован аммиак.

Камера 3 находится в тепловом контакте с нагревателем 5, камера

4 — в тепловом контакте с охладителем. 6, а камера 2 — в тепловом контакте с объектом 1 и камерами 3 и 4.

Внутренние поверхности камеры 3 содержат участки капиллярной структуры 7 и 8, разделенные гладкостенным участком 9. В камере 4 имеются аналогичные участки капиллярной структуры 1Î и 11 и гладкостенный разделительный участок 12, термочувствительные пластины 13 и 14 выполнены, например, в виде плоских пластин

3 1149228 из материала с "памятью формы.

Объемы капиллярных каналов участков капиллярных структур 7 и 8 равны между собой, причем объем капиллярных каналов каждого из участков 5 равен (1,02-1,1) от объема жидкой фазы теплоносителя при максимальной рабочей температуре камеры 3. Аналогично выбраны объемы участков капиллярных структур 10 и 11 в каме— ре 4. 11Ьрина глакостенных участков

9 и 12 выбраны такой, что когда свободный конец термочувствительной пластины отходит от капиллярной структуры (на чертеже это соответствует положению термочувствительной пластины в камере 4), гидравлическая связь между двумя участками капиллярной структуры прерывается.

Пластины 13 и 14 установлены с таким зазором относительно боковых камер 3 и 4, что пар от поверхности капиллярных структур 8 и 10 может свободно перетекать через эти зазоры к поверхностям соответственно 7 и 11. >5

Гидравлически соединенные между собой участки капиллярной структуры

15 и 16 в камере 2 служат для распределения конденсата по поверхностям камеры, через которые подводится и отводится тепло, и повышения коэффициентов теплоотдачи. Термическое сопротивление боковых стенок 17 и 18 камер 3 и 4 выбрано достаточно большим, так что теплопереносом между камерой 2, нагревателем и охладителем через боковые стенки камер 3 и 4, по сравнению с теплопереносом, который может осуществляться в этих камерах за счет испарительно-конденсационного цикла, можно пренебречь.

Стрелки на чертеже показывают направление перемещения свободных концов элементов 13 и 14 при нагреве (эти элементы показаны в крайних положениях, которые они занимают в исходном состоянии, когда все три камеры и объект имеют одинаковую температуру,. близкую к температуре охладителя). Один из концов каждого из термочувствительных элементов закреп50 лен неподвижно, а второй может перемещаться. В одном из крайних положений (положение, которое занимает термочувствительный элемент в камере 3) свободный конец образует в зоне гладкостенного промежутка (9 на чертеже) капиллярный канал, сбединяющий два участка капиллярной

4 структуры. В исходном состоянии жидкий теплоноситель заполняет участок капиллярной структуры 11, а на участке 10 жидкого теплоносителя нет.

Устройство работает следующим образом.

При подводе тепла к камере 3 от нагревателя 5 жидкий теплоноситель, насыщающий капиллярную структуру 8, испаряется и его пар, проходя через камеру 3, конденсируется на поверхности капиллярной структуры 7. Тепло конденсации через стенку камеры 2 передается теплоносителю, насыщающему капиллярную структуру

15. Этот теплоноситель испаряется и его пар, конденсируясь на внетренней поверхности .стенок камеры 2, нагревает ее, а проходящее через стенки камеры 2 тепло нагревает объект 1 и термочувствительную пластину 14. Перенос тепла через камеру 4 к охладителю 6 на этом этапе пренебрежимо мал из — за высокого термического сопротивления боковых стенок камеры 4.

Проходящий через камеру 3 пар нагревает термочувствительную пласти— ну 13. Нагреваясь, пластина 13 перемещается в направлении, показанном стрелкой. В результате гидравлическая связь между участками капиллярной структуры 7 и 8 прерывается.

Перенос тепла через камеру 3 посредством испарительно-конденсационного процесса еще некоторое время продолжается за счет жидкого теплоносителя, оставшегося .в участке 8. После того, как этот остаток теплоносителя испарится, перенос тепла от нагревателя через камеру 3 практически прекращается, и этап нагрева объекта 1 заканчивается. К этому моменту термочувствительная пластина 14 прогревается настолько, что перемещаясь в направлении, показанном стрелкой, замыкает участки капиллярных структур 10 и 11 образуя капиллярный канал в зоне разделительного участка12. Через этот капиллярный канал конденсат из участка капиллярной структуры 11 поступает в участок 10.

Благодаря этому начинается интенсивный перенос тепла через камеру 4 посредством испарительно-конденсационного цикла, что позволяет осуществить этап охлаждеиия объекта 1.

На этом этапе тепло от стенок каме10

Составитель Н.Мирная

Техред Л.Коцюбняк

Редактор И. Николайчук

Корректор Н.Корол"

Заказ 1881/33

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Ф 1149228 4 ры 2 и от объекта 1 переносится через жутка 9 меньше эффективных капилляркамеру 4 к охладителю. Термочувстви- ных радиусов участка 8. Аналогично, тельные пластины 13 м 14 охлаждают- эффективные капиллярные радиусы ся за счет переноса тепла через участка 10 и капиллярного канала стенки, отделяющие камеру 2 от ка- 5 в зоне промежутка 12 меньше, чем эфмер 3 и 4. После этого, как темпе- фективные капиллярные радиусы участратура этик элементов снизится, они ка 11, По мере заполнения жидким вновь переходят в положение, показан- теплоносителем участка 8 вновь начи— ное на чертеже. При этом теплоноси- нается этап нагрева объекта и т.д. тель перетекает из участка капилляр- 10 ной структуры 7 в участок 10 через Технический эффект от использо-капиллярный канал, образованный кон- вания изобретения заключается в цом пластины 13 в зоне гладкостен — том, что оно позволяет создать просного промежутка 9, под действием тое по конструкции устройство, ракапиллярных сил. Для этого эффектив- 15 бочее в автоматическом режиме и . ные капиллярные радиусы участка 7 позволяющее использовать различные и капиллярного канала в зоне проме- типы нагревателей и охладителей.