RU147690U1

RU147690U1 - HEAT TRANSFER DEVICE

Info

Publication number: RU147690U1
Application number: RU2014130940/06U
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Соболев; Александр Анатольевич Великанов; Петр Дмитриевич Вежневец; Юрий Михайлович Лукоянов
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Теплопередающее устройство, содержащее оснащенные термоэлектрическими микрохолодильниками испарители, соединенные паро- и конденсатопроводом с, по меньшей мере, одним конденсатором, и тепловой гидроаккумулятор с внутренней капиллярной структурой, отличающееся тем, что 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.A heat transfer device comprising evaporators equipped with thermoelectric micro-refrigerators, connected by a steam and condensate conduit with at least one condenser, and a thermal accumulator with an internal capillary structure, characterized in that the thermal accumulator and a regenerative heat exchanger are installed in the condensate conduit, while the condenser and the heat input accumulators are connected along the heat carrier by one channel of a regenerative heat exchanger, and the output of the thermal accumulator is evaporated whether to others.

Description

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.The proposed technical solution relates to a utility model as an object of industrial property and relates to the field of heat engineering and can be used for thermostating of heat-loaded objects. In particular, a utility model can be implemented as part of a spacecraft thermal control system.

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.A device is known [RU, 2120592, 1998.10.20], comprising several evaporators, each of which is equipped with a capillary structure with a central channel for supplying condensate and a system of peripheral grooves for removing steam, a condenser, a steam pipe and a condensate pipe, as well as a hydraulic accumulator. Reliable start-up and operation of the device are ensured by the location of the accumulator and the condenser above and below the evaporation section, respectively, while the condensate returns to the evaporators, passing through the accumulator. The positive factors of this solution are the simplicity of the design, and work without the use of auxiliary devices, which increases the mass-energy efficiency of the device. The disadvantage of this design is the inability to control the temperature in the evaporation zone, which does not allow for accurate thermostating of a heat-stressed object.

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.A device is also known [RU, 93953, 2010.05.10], comprising evaporators connected by a steam and condensate line with capillary pumps installed inside, at least one condenser, a tank connected by a pipeline to the condensate line, and thermoelectric micro-refrigerators connected by hot junctions to the heat supply zones evaporators, and cold - to the compensation cavities of evaporators filled with a large-pore capillary structure. The tank connected to the condensate pipe is equipped with an internal capillary structure and an electric heater, and the pipe leading to the tank is equipped with a self-locking solenoid valve. The reservoir here serves as a thermal accumulator.

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.The advantages of the design include the reliability of the launch and the ability to accurately thermostat a heat-stressed object due to the active control of the temperature of the heat supply zone. However, this scheme does not provide for the possibility of reducing the effect of the accumulation of non-condensable gases (NKG) on the operation of the device, which is necessary to ensure long-term operation of the device in outer space.

Описанное устройство является наиболее близким, к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и функциональному назначению.The described device is the closest to the proposed technical solution for the combination of essential features and functionality.

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.The purpose of the proposed utility model is the effective removal of heat from heat-loaded objects due to the processes of phase transformation of the coolant, which provides accurate temperature control with the possibility of changing the temperature level and counteracting the effect of non-condensing gases on the operation of the device.

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.This goal is achieved in that the device comprises thermoelectric microchillers equipped with evaporators connected by a steam and condensate line with at least one condenser, and a thermal accumulator with an internal capillary structure. The thermal accumulator and the recuperative heat exchanger are installed in the condensate conduit, while the condenser and the input of the thermal accumulator are connected through the heat carrier to one channel of the regenerative heat exchanger, and the output of the thermal accumulator and evaporators to the other.

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.The proposed design provides reliable start-up and operation of the device, as well as accurate thermal stabilization of a heat-stressed object at several temperature levels due to the active control of the temperature of the heat supply zone by changing the pressure in the circuit using a thermal accumulator (TGA). In addition, the proposed circuit of the device provides the ability to separate and block in the capillary structure of the accumulator non-condensable gases generated during prolonged operation of the device in outer space. This solution can significantly increase the active life of the device, since the accumulation of NCT is the main factor limiting its resource. To compensate for the heating of the coolant when it flows through the TGA, a regenerative heat exchanger is introduced into the circuit, which allows to reduce the temperature of the coolant entering the inlet of the TGA evaporators due to heat exchange with cold coolant entering the TGA from the condenser.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется иллюстрацией на Фигуре. На Фигуре схематично показана конструкция теплопередающего устройства.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the illustration in the Figure. The Figure schematically shows the design of a heat transfer device.

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.The heat transfer device contains evaporators 2 equipped with thermoelectric micro-refrigerators (TEMX) 1, connected by a steam-3 and a condensate line 4 with at least one condenser 5, TGA 6 with an internal capillary structure. TGA 6 is equipped with an electric heater. TGA 6 and recuperative heat exchanger 7 are installed in the condensate line 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.The device operates as follows. In the initial state, the circuit is filled with coolant, the pressure is determined by the temperature in TGA 6. Before applying the heat load to the evaporators 2, power is supplied to TEMX 1, they are turned on, creating a temperature and pressure gradient in the evaporator, thereby starting the circulation of the coolant in the circuit. Steam moves through the steam line 3 to the condenser 5, where it gives off heat, condenses and returns to the evaporator 2 through the condensate pipe 4, flowing through the TGA 6. The internal capillary structure of the TGA 6 traps non-condensable gases contained in the coolant supplied to its input. The heat carrier leaving TGA 6 can have a higher temperature, which decreases when it flows through a recuperative heat exchanger 7 due to heat exchange with cold coolant coming from the condenser 5. The device enters standby mode of operation (circulation at low heat load). Upon receipt of the main heat load (from the thermostating object) to the evaporator, the circuit goes to normal operation, while the fraction of the condenser occupied by steam increases, displacing the excess liquid phase of the coolant in TGA 6. After removing the heat load, the device returns to its original state.

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.The effectiveness of the proposed solution is confirmed by thermal tests of a prototype of a heat transfer device. Reliable start-up is carried out both with the help of TEMX and with increasing pressure in the circuit. The device successfully operates in a wide range of changes in thermal loads on evaporators up to zero. Temperature control TGA determines the temperature of the evaporator, quickly responding to changes in the load supplied from the thermostating object.

Claims

A heat transfer device comprising evaporators equipped with thermoelectric micro-refrigerators, connected by a steam and condensate conduit with at least one condenser, and a thermal accumulator with an internal capillary structure, characterized in that the thermal accumulator and a regenerative heat exchanger are installed in the condensate conduit, while the condenser and the heat input accumulators are connected along the heat carrier by one channel of a regenerative heat exchanger, and the output of the thermal accumulator is evaporated whether to others.