Устройство термостатирования охлаждаемой поверхности

Полезная модель относится к области машиностроения, а точнее, представляет собой устройство термостатирования, в которой установлена дополнительная подвижная оребренная стенка. Областью применения полезной модели является оптимизация процесса охлаждения и поддержания постоянной температуры электротехнических и радиоэлектронных устройств.

Сущность полезной модели заключается в том что в устройство термостатирования установлена дополнительная соединенная со штоком подвижная стенка с закрепленными на ней ребрами, при перемещении которой, ее ребра входят в зазоры межу ребрами охлаждаемой поверхности, уменьшая таким образом расстояние между соседними ребрами до величины, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости, а соответствующее перемещение подвижной стенки достигается с помощью герметичной сильфонной емкости частично заполненной жидкостью, температура насыщения которой ниже температуры насыщения охлаждающего теплоносителя. Причем, при увеличении температуры охлаждаемой поверхности, ребра подвижной стенки вводятся в межреберные зазоры охлаждаемой поверхности, что приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи при кипении охлаждающего теплоносителя, т.е. к снижению перегрева охлаждаемой поверхности. При уменьшении температуры охлаждаемой поверхности, ребра подвижной стенки выводятся из межреберных зазоров охлаждаемой поверхности, что приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи при кипении охлаждающего теплоносителя. В результате уменьшается изменение температуры охлаждаемой поверхности.

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой устройство термостатирования, в которой установлена дополнительная подвижная оребренная стенка. Областью применения полезной модели является оптимизация процесса охлаждения и поддержания постоянной температуры электротехнических и радиоэлектронных устройств.

Уровень техники. Известны устройства, предназначенные для отвода тепла и термостатирования охлаждаемой поверхности, содержащие корпус, снабженный патрубками для подвода и отвода охлаждающего теплоносителя, при этом одна из стенок корпуса является охлаждаемой поверхностью и снабжена системой ребер со стороны охлаждающего теплоносителя, на поверхности которых происходит его кипение [Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. М., Энергия, 1977. - 256 с. - С.117-120].

Однако, в случае изменения теплового режима работы охлаждаемого оборудования, например, при повышении его мощности, происходит повышение температуры охлаждаемой поверхности. Это, как правило, вредно сказывается на работе охлаждаемых электротехнических и радиоэлектронных устройств.

Раскрытие полезной модели. Сущность полезной модели заключается в том что в устройство термостатирования установлена дополнительная соединенная со штоком подвижная стенка с закрепленными на ней ребрами, при перемещении которой, ее ребра входят в зазоры межу ребрами охлаждаемой поверхности, уменьшая таким образом расстояние между соседними ребрами до величины, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости, а соответствующее перемещение подвижной стенки достигается с помощью герметичной сильфонной емкости частично заполненной жидкостью, температура насыщения которой ниже температуры насыщения охлаждающего теплоносителя. Причем, при увеличении температуры охлаждаемой поверхности, ребра подвижной стенки вводятся в межреберные зазоры охлаждаемой поверхности, что приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи при кипении охлаждающего теплоносителя, т.е. к снижению перегрева охлаждаемой поверхности. При уменьшении температуры охлаждаемой поверхности, ребра подвижной стенки выводятся из межреберных зазоров охлаждаемой поверхности, что приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи при кипении охлаждающего теплоносителя. В результате уменьшается изменение температуры охлаждаемой поверхности.

Технический результат выражается в обеспечении высокой точности регулировки передачи величины теплового потока, передаваемого от греющего к нагреваемому теплоносителю.

Краткое описание чертежа. На фигуре 1 схематично изображено устройство термостатирования охлаждаемой поверхности. Устройство содержит корпус 1, снабженный патрубками 2, 3 соответственно, для подвода и отвода охлаждающего теплоносителя. При этом, по крайней мере одна из стенок корпуса 1 является поверхностью теплообмена 4, через которую от охлаждаемого устройства передается тепловой поток Q. Она снабжена ребрами 5, расстояние (b₀ ) между которыми

b₀>l_* ,

где l_* - капиллярная постоянная.

В свою очередь, величина

,

где - коэффициент поверхностного натяжения нагреваемого теплоносителя, Н/м; _ж, _п - его плотность, соответственно в жидком и газообразном состоянии, кг/м³; g - ускорение силы тяжести, м/с².

В корпусе 1 также располагается подвижная стенка 6, снабженная ребрами 7 и закрепленная на штоке 8, который может поступательно перемешаться в направляющей 9.

В корпусе 1 на поверхности теплообмена 4 установлена герметичная сильфонная емкость 13, часть объема которой заполнена жидкостью 14, температура насыщения которой ниже температуры насыщения охлаждающего теплоносителя. На свободной стенке сильфона установлен наконечник 12, который, через коромысло 10 и опору 11, шарнирно соединен со штоком 8.

Осуществление полезной модели. Устройство термостатирования охлаждаемой поверхности работает следующим образом. Охлаждающий теплоноситель поступает через патрубок 2 в полость устройства. Пар, образующийся при кипении теплоносителя на охлаждаемой поверхности 4 главным образом на поверхностях ребер 5, выходит через патрубок 3.

Если тепловой поток, передаваемый через охлаждаемую поверхность 4, увеличивается, то, соответственно повышается ее температура. Это приводит к увеличению температуры жидкости 14, находящейся в полости сильфона 13, а значит и к увеличению давления насыщенного пара этой жидкости в сильфоне. В результате свободная стенка сильфона вместе с установленным на ней наконечником 12 перемещается вверх. В свою очередь, шарнирно закрепленное коромысло 10 поворачивается вокруг оси опоры 11 и перемещает шток 8 вниз. Соединенная со штоком 8 подвижная стенка 6 с закрепленными на ней ребрами 7 перемещается вниз. Вследствие этого увеличивается площадь поверхности ребер 5, для которой, толщина щелевых зазоров равна b₁ . Причем

b₁<l_*.

В этом случае, в зависимости от геометрии щелевого зазора между стенками, образующими канал, коэффициент теплоотдачи при кипении будет в 3-5 раз выше, чем при кипении в «большом объеме». Поэтому увеличение площади поверхности ребер 5, для которой, толщина щелевых зазоров равна b₁, приведет к снижению разности температур между охлаждаемой поверхностью 4 и кипящим охлаждающим теплоносителем, т.е. приведет к снижению температуры охлаждаемой поверхности 4.

В случае, уменьшения теплового потока, передаваемого через охлаждаемую поверхность, температура охлаждаемой поверхности будет понижаться. Соответственно снизится и температура жидкости 14 заполняющей сильфон 13, уменьшится давление ее паров в полости сильфона. Свободная стенка сильфона с закрепленным на ней наконечником 12 переместится вниз, что приведет к соответствующему повороту коромысла 10. Тогда подвижная стенка 6 вместе с ребрами 7 переместится вверх. В результате уменьшится площадь поверхности ребер 5, для которой, толщина щелевых зазоров равна b₁, но соответственно увеличится доля их площади, для которой толщина щелевых зазоров равна b ₀. Кипение на участках поверхности ребер 5 со щелевым зазором b₀>l_* будет происходить в условиях близких к «кипению в большом объеме», т.е. при сравнительно низких значениях коэффициента теплоотдачи. Вследствие этого уменьшение площади поверхности ребер 5, для которой, толщина щелевых зазоров равна b₁, приведет к увеличению разности температур между охлаждаемой поверхностью 4 и кипящим охлаждающим теплоносителем, т.е. приведет к увеличению температуры охлаждаемой поверхности 4.

Действие устройства основана таким образом, что перемещение подвижной стенки 6, снабженной ребрами 7, перемещающимися в зазорах между ребрами 5 будет уменьшать изменение температуры охлаждаемой поверхности 4 вследствие изменения, передаваемого через нее теплового потока.

Устройство термостатирования охлаждаемой поверхности, содержащее корпус, снабженный патрубками для подвода и отвода охлаждающего теплоносителя, по крайней мере, одна из стенок которого является охлаждаемой поверхностью и снабжена системой ребер со стороны охлаждающего теплоносителя, на поверхности которых происходит его кипение, отличающееся тем, что в устройство термостатирования установлена дополнительная соединенная со штоком подвижная стенка с закрепленными на ней ребрами, а в поверхность теплообмена герметичная сильфонная емкость.