專利名稱:容忍結冰的旋轉流體控制裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及用來控制一種可以處于氣、液或固相的熱交換流體的設備。
在熱控系統中通常會用到雙相工作流體,在該系統中較低的泵送功率和緊密的熱交換器是必不可少的。這樣的系統通過使工作流體汽化來消耗來自于一個熱負載的熱量并通過使工作流體冷凝將熱量傳遞給散熱片。這些系統經常與一種旋轉流體控制裝置(RFMD)組裝在一起來將液相工作流體從氣相工作流體中分離出來并通過該系統泵送分離出的液相和氣相流體。
由于對本系統來說關系到工作流體的毒性、熱穩(wěn)定性、可燃性或可用性,所以水是一種較好的工作流體。然而,由于在系統處于非工作狀態(tài)和較冷的環(huán)境中時會存在凝固的缺陷,通常的系統并不使用水或具有相對較高冰點的其它工作流體。凝固可能會損壞系統的元件并且在運轉該系統之前會在溶化系統所有的管路和元件方面造成麻煩。由于RFMD在系統不運轉時通常起到一定體積工作流體的儲蓄池作用,因此該RFMD是特別容易因凝固而受到損壞的系統元件之一。由于這方面的考慮,通常所選用的一種工作流體是冰點低于系統的最低適應溫度的流體。這本身又常常排除了水作為工作流體,盡管它具有許多優(yōu)點。
因此,對于RFMD來說就存在一種用水作為雙相熱控制系統中之工作流體的需求。
本發(fā)明的主要的目的是提供一種新的改進了的用于流體系統的旋轉流體控制裝置。特別的是,其目的是提供一種用于熱控制系統的容忍結冰的旋轉流體控制裝置,該系統利用具有相對較高冰點的物質例如水作為一種工作流體。
本發(fā)明的這些目的和其它目的是在一個如此流體系統中獲得的,其利用一個在系統不運轉時容易凝固的工作流體之存量。該系統包括一個RFMD和一個與RFMD相連且布置成在系統不運轉時系統中工作流體的存量排泄到RFMD中的流體流動環(huán)路。一個較好的RFMD優(yōu)選實施例包括一個具有一進口,一第一出口以及一第二出口的殼體,一個安裝在殼體上的用來繞一垂直軸線旋轉的儲蓄池,一個用來將工作流體從進口導向儲蓄池的回流管路,一個被固定到殼體上并在儲蓄池內延伸至一徑向外部位置鄰近的皮托管,用于將來自儲蓄池的液相工作流體導向第二出口,以及一個遠離徑向外部位置的在徑向方向上位于內部的孔口,用于將來自于儲蓄池的工作流體導向第一出口。當系統不運轉時,儲蓄池包括一個足以存儲系統中工作流體的全部存量的存儲容積。該存儲容積由一個以垂直軸線為中心的向上開口的凹入回轉曲面構成。
附圖簡要說明
圖1是一個含有一個采用本發(fā)明的RFMD的雙相熱控制系統的示意圖;以及圖2是一個與圖1相似的示意圖,但所示的是系統和RFMD處于非工作狀態(tài)。
參考圖1和2,將結合一個雙相熱能控制系統對根據本發(fā)明制造的旋轉流體控制裝置的一個典型的實施例進行說明和解釋。然而,應該明確的是本發(fā)明可以在其它用途中使用,且除了在附屬權利要求中明確說明之外,應該明確的是對于與一個雙相熱能控制系統一起使用并不是一種限制。
如圖1所示,根據本發(fā)明制造的旋轉流體控制裝置10的一個典型的實施例被安裝在一個雙相熱能控制系統中,該系統包括一種水質的工作流體12,一個用來將來自于熱源16的熱量傳遞給水12的蒸發(fā)器14,一個用來將來自于水12的熱量傳遞給散熱片20的冷凝器18,以及一個由流體管路或管道24、26、28以及30構成的流體流動回路22。
RFMD10包括一兩件式殼體32;一個用來存儲和泵送水12的可旋轉儲蓄池34;以軸承組件36的形式所示的裝置,用于將儲蓄池34安裝到殼體32上繞垂直軸38旋轉;以馬達組件所示的裝置,用來旋轉儲蓄池34;以及一個用來將來自于儲蓄池34的液相的工作流體導入到流體流動回路22中的皮托管裝置42。
兩件式片殼體32包括一個上部殼體50和一個下部殼體52,這兩部分借助于穿過法蘭接頭54延伸的螺栓(圖中未示出)聯結起來。上部殼體50包括一個與流體管路24相連的用于將氣相的水12導向冷凝器18的第一出口和管道56,一個與流體管路26相連的用于將來自于冷凝器18的液相水12導入到儲蓄池34中的進口和管道60,一個與流體管路28相連的用于將來自于儲蓄池34的液相水12導入到蒸發(fā)器14中的第二出口和管道62,以及一個與流體管路30相連的用于將來自于蒸發(fā)器14的氣相和液相的水12(混合相)導向儲蓄池34的進口和管道64。上部殼體50還包括一個用于通過軸承組件36可旋轉地安裝儲蓄池34的圓筒形的懸臂支承柱66。該上部殼體50也包括三個圓筒管68、70、72,這三者部分地構成了孔口和管道56、60、62以及64。下部殼體52由一個圓筒狀的上端部分74和一個大致呈半球狀的下端部分76構成,這兩者被成形得基本上適應于儲蓄池34。下部殼體52還包括加熱裝置,采用一些加熱元件或線圈78的方式,用來將儲存在儲蓄池34中的水12溶化,這將在下面進行詳細地解釋。
儲蓄池34有一個用來儲存和泵送水12大致呈半球形的下端部分80,和一個用來通過軸承組件36將儲蓄池34安裝到柱子66上的圓筒狀的上端部分82。下端部分80包含一儲存容積84,該容積由一個向上開口的、以垂直軸線38為中心的凹入回轉曲面86構成。應當理解到的是,術語凹入和回轉曲面以非常廣泛的含義被使用且包括由一些被分割的直線段構成的表面。該表面86從該表面的最底部的區(qū)域87向上和向外傾斜。表面86終止于一個環(huán)形過渡表面88,該過渡表面將表面86和環(huán)狀平面90聯結起來,環(huán)狀平面90將下端部分80聯結到儲蓄池34的上端部分82上。表面90基本上與軸線38垂直且具有一個環(huán)形回流開口92。下端部分80也包括一個回流管道和孔口93,用來將來自于進口管道和孔口60的液相水泵送到儲存容積84中。上端部分82包括一個由一系列階梯圓柱表面94、96以及98構成的軸承孔。表面94容裝軸承組件36。在表面96和柱子66之間設置一個回轉密封件100來將管道60密封住。在表面98和導管72之間設置一個回轉密封件102來將管道60和64密封住。
馬達50可以是任何一種傳統結構且包括一個安裝到下部殼體52上的定子110和一個安裝到儲蓄池34上的轉子112。
皮托管組件42包括一個支管114,該支管與管子68、70之間的環(huán)形套筒液路相通;一個皮托管116,該皮托管從支管114處延伸到與表面86的徑向最外端部分相鄰近的徑向外部位置118。在皮托管116內的徑向外部位置118處有一個切向進口120。該進口120開口方向與儲蓄池34的預定的旋轉方向相反。由于皮托管組件42是固定的,儲蓄池34的旋轉將會產生一個與把液相水導進皮托管116一樣的壓頭。支管114和管子68一起構成一個用于將來自于儲存容積84的氣相水12導入到出口56的排出孔121。
如圖1所示,在運轉過程中,馬達40以足夠快的速度繞軸38旋轉驅動儲蓄池34,則離心力使得液相水12徑向向外貼在表面86上由此而構成一個液相水的環(huán)形體130。水體130將由氣相水12充滿的中心蒸汽芯132包圍起來。在儲蓄池34旋轉作用下進入進口120的液相水12流過皮托管116和支管114到達導管和孔口62,在此水接著經管路28被輸送到蒸發(fā)器14。接著液相水12在熱源16排出的熱的作用下在蒸發(fā)器14中至少部分被汽化。水12接著經流動管路30流向管道和孔口64,該管道和孔口通過進口開口92將水12導回到儲存容積84中。水12接著在儲蓄池34的旋轉作用下被分離成液相和氣相。由于儲蓄池34和回流導管及孔口93的旋轉產生的離心力使液相水12從管路26和該管道與孔口60流向儲存容積84。這就在冷凝器18中產生了一個壓力降以將氣相水12從蒸汽空間132經出口121、管道56、以及管路24抽至冷凝器18中。汽相水12經過將熱量傳遞給與冷凝器18相連的散熱片20被凝結成液相的水12。液相水12接著在回流管道和孔口93的旋轉作用下經管路26和孔口60內的管道被抽走,該回流管路使液相水12返回到儲存容積84中。
應該明確的是,在開始的時候,水12將具有一個初始液/汽相交界面140,該交界面將隨著水12的存量被輸送到蒸發(fā)器14、冷凝器18以及流動回路22中而會沿著徑向方向逐漸地向外移動到穩(wěn)定狀態(tài)的液/汽相交界面142。還有應該明確的是,如果系統狀況使得交界面142在徑向方向上位于從位置118往外的位置,這種情況即使有也很少出現,水12將會被迫流過蒸發(fā)器14。
比較好的是,見圖2所示,流動回路22具有這樣的結構,即,在系統不運轉時,系統中水12的全部存量通常通過將所有其它的系統元件置于RFMD之上和使所有的管道向下部元件和/或RFMD傾斜而排泄到儲存容積84中。較好的是,儲存容積84足以存儲系統中水12的全部存量并將產生一個液/汽相交界面144,該交界面位于環(huán)形過渡表面88之下。應該理解到的是,在凝固條件下,由于由表面86構成的傾斜壁容許水相對自由地膨脹,水12將不會使儲蓄池34破裂。
比較好的是,加熱元件78在旋轉儲蓄池34之前就起作用來確保所有的水12完全溶化。應該理解的是,加熱元件78可以是傳統類型的任何一種,包括電熱線圈和用來使被加熱的流體循環(huán)的加熱管道。
權利要求
1.一種用于一系統的旋轉流體控制裝置,該系統使用一定存量的工作流體,該存量流體在系統不運轉時易被凝固,該旋轉流體控制裝置包括一個具有一進口、一第一出口、以及一第二出口的殼體;一個具有一存儲容積的儲蓄池,該存儲容積通過一個向上開口的,凹入的回轉曲面構成;用于將儲蓄池安裝在殼體上以繞垂直軸線旋轉的裝置;一個用于將來自于所述進口的工作流體導入到所述儲蓄池的回流管路;一個被固定到殼體上并在儲蓄池內延伸到一徑向外部位置的皮托管,用于將來所述儲蓄池的液相工作流體導向第二出口;以及一個遠離所述徑向外部位置的在徑向上位于內部的孔口,用于將來自于儲蓄池的汽相工作流體導向第一出口。
2.如權利要求1所述的旋轉流體控制裝置,其特征在于凹入的回轉曲面是一個半球狀。
3.如權利要求1所述的旋轉流體控制裝置,其特征在于儲存容積具有足夠的尺寸以存儲系統中工作流體的全部存量。
4.如權利要求1所述的旋轉流體控制裝置,其特征在于皮托管延伸到所述的儲存容積內。
5.如權利要求1所述的旋轉流體控制裝置,其特征在于還包括置于靠近所述儲存容積之所述殼體上的加熱裝置,該加熱裝置用于溶化存儲在儲存容積內的工作流體。
6.一種使用一定存量之工作流體的系統,該工作流體在系統不運轉時易被凝固,該系統包括一個含有下列部分的旋轉流體控制裝置一個具有一進口、一第一出口、以及一第二出口的殼體,一個被安裝在殼體上的用來繞垂直軸線旋轉的儲蓄池,該儲蓄池包括一個足以存儲當系統不運轉時系統中工作流體之全部存量的存儲容積,該存儲容積由一個表面構成,該表面在系統不運轉時從該表面的最底部的區(qū)域向上和向外傾斜,一個用于將來自于所述進口的工作流體導入到所述儲蓄池的回流管路,一個被固定到殼體上并在儲蓄池內延伸到一徑向外部位置鄰近的皮托管,用于將來自所述儲蓄池的液相工作流體導向第二出口,以及一個遠離所述徑向外部位置的在徑向上位于內部的孔口,用來將來自于儲蓄池的汽相工作流體導向第一出口;以及一個與所述第一和第二出口和所述進口相連的流體流動回路,用來使工作流體通過該系統導流;該流動回路具有的結構使得系統中的工作流體(存量)在系統不運轉時排泄到儲存容積中。
7.如權利要求6所述的流體系統,其特征在于所述的軸線是一垂直軸線且所述的表面是一個以垂直軸線為中心的向上開口的凹入回轉曲面。
8.如權利要求7所述的流體系統,其特征在于所述的凹入表面是一個半球狀。
9.如權利要求6所述的流體系統,其特征在于所述的皮托管延伸到所述的儲存容積內。
10.如權利要求6所述的流體系統,其特征在于還包括置于靠近所述儲存容積之所述殼體上的加熱裝置,該加熱裝置用于溶化存儲在儲存容積內的工作流體。
全文摘要
使用容易凝固的工作流體可以在含有一個旋轉流體控制裝置(RFMD)(10)和一個流體流動回路(22)的系統中實現,其中該流體流動回路(22)與RFMD相連且布置成在系統不運轉時系統中工作流體的存量排泄到RFMD中。該RFMD包括一個具有一進口(60、64),一第一出口(56)以及一第二出口(62)的殼體(32),一個安裝在殼體(32)上的用來繞垂直軸線(38)旋轉的儲蓄池(34),一個用來將工作流體從進口(60、64)導向儲蓄池(34)的回流管路(92、93),一個固定到殼體(32)上并延伸到儲蓄池34內之徑向外部位置(118)鄰近的皮托管(116),用來將來自于儲蓄池的液相工作流體導向第一出口(62),以及一個遠離徑向外部位置(118)的在徑向方上位于內部的孔口(121),用于將來自于儲蓄池(34)的汽相工作流體導向第一出口(56)。當系統不運轉時,儲蓄池(34)包括一個足以存儲系統中工作流體的全部存量的存儲容積(84)。該存儲容積(84)由一個以垂直軸線(38)為中心的向上開口的凹入回轉曲面(86)構成。
文檔編號F04D1/12GK1259192SQ98805951
公開日2000年7月5日 申請日期1998年3月13日 優(yōu)先權日1997年4月8日
發(fā)明者K·韋伯 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司