| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2172453
Випромінювач ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ
Ім'я винахідника: Зяблов В.А .; Атар М.М .; Капралов О.В.
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова"
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ РКК "Енергія" ім. С.П. Королева, відділ промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 1999.11.29
Винахід відноситься до машинобудування і може бути використано для нагріву поверхонь різних об'єктів до необхідної температури методом променевого і конвективного теплообміну і, зокрема, найбільш ефективно може бути використано в вакуумі, наприклад, при проведенні різного роду випробувань в вакуумних термобарокамерах. Випромінювач теплової енергії складається з нагрівального елементу, рефлектора, теплової ізоляції, розміщеної на зворотній від нагрівального елементу поверхні рефлектора по всій його площі, і екрану, закріпленого по осі симетрії рефлектора перед нагрівальним елементом у всій довжині останнього. По центру екрану уздовж його поздовжньої осі симетрії передбачена щілину. Винахід дозволяє збільшити ККД випромінювача теплової енергії шляхом збільшення щільності теплового потоку з боку випромінювача на об'єкт і тим самим виключення втрат енергії на розсіювання від нагрівального елементу поза об'єктом; зниження витрат електричної енергії для забезпечення нагрівання об'єкта при проведенні випробувань; зменшення теплопритоку на холодильник з боку рефлектора і витрати рідкого азоту при проведенні випробувань у вакуумній термобарокамере. Конструкція випромінювача теплової енергії досить проста і не потребує суттєвого доопрацювання, а й введення спеціальних виробничих технологічних ліній.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використано для нагріву поверхонь різних об'єктів до необхідної температури методом променевого і конвективного теплообміну і, зокрема, найбільш ефективно може бути використано в вакуумі, наприклад, при проведенні різного роду випробувань в вакуумних термобарокамерах.
Відома випромінює система з використанням кварцових випромінювачів (М.А. Брамсон. Інфрачервоне випромінювання нагрітих тіл. - М .: Наука, 1965. - С. 218. - Рис. 120), що складається з рефлектора-відбивача параболічної форми, закріпленого на рухомому підставі . З боку увігнутої поверхні рефлектора розташовуються кварцові випромінювачі.
Відома конструкція системи головного освітлення автомобіля типу ФГ140 (Під ред. Ю. П. Чіжкова. Електрообладнання автомобілів. - М .: Транспорт, 1993. - С. 105. - Рис. 6.3), що складається з відбивача, захисного екрана, розсіювача і джерела світла.
Найбільш близькою по технічній сутності є конструкція випромінювача теплової енергії з параболічним рефлектором (О.Б. Андрейчук, М.М. Малахов. Теплові випробування космічних апаратів. - М .: Машинобудування, 1982. - С. 49. - Рис. 3.23), що складається з нагрівального елементу і рефлектора, прийнята за прототип.
Недоліками конструкцій аналогів і прототипу є те, що при їх використанні для нагріву об'єкта спрямованим потоком тепла від нагрівальних елементів одночасно відбувається нагрів рефлектора, і відсутність ізоляції на зворотній від нагрівального елементу поверхні рефлектора знижує ефективність нагріву. Крім того, лише частина енергії теплового випромінювання бере участь в нагріванні об'єкта, інша ж розсіюється в навколишньому просторі.
Завданням запропонованого винаходу є збільшення ККД при імітації теплового випромінювання, в тому числі і в вакуумі, з одночасним зменшенням впливу теплового впливу на навколишній простір.
Технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення щільності теплового потоку випромінювання від нагрівального елементу випромінювача до об'єкта нагріву.
Випромінювач теплової енергії складається з нагрівального елементу і рефлектора у вигляді параболоїда, при цьому в нього додатково введені екран з щілиною і теплова ізоляція, розміщена на зворотній від нагрівального елементу поверхні рефлектора по всій його площі, при цьому екран закріплений по осі симетрії рефлектора перед нагрівальним елементом по всій довжині останнього, причому відстань від нагрівального елементу до екрану, висота екрану і кутова ширина щілини вибираються у відповідності з наступними залежностями: 
де k - коефіцієнт, який обирається виходячи з умови максимально можливого наближення екрану з щілиною до нагрівального елементу; 
- Кутова ширина щілини;
d н - діаметр нагрівального елементу;
H е - висота екрана з щілиною;
H р - висота рефлектора;
H про - висота об'єкта нагріву;
L 1 - відстань від нагрівального елементу до крайок екрану з щілиною;
L 2 - відстань від нагрівального елементу до крайок рефлектора;
L 3 - відстань від нагрівального елементу до об'єкта нагріву.
На фіг. 1 представлена принципова схема пропонованого випромінювача в комплексі з нагрівається об'єктом, де:
1 - рефлектор;
2 - нагрівальний елемент;
3 - теплова ізоляція;
4 - екран з щілиною;
5 - нагрівається об'єкт.
На фіг. 2 представлена розрахункова схема для визначення геометричних параметрів екрана з щілиною: - Кутова ширина щілини;
b - ширина щілини;
d н - діаметр нагрівального елементу;
H е - висота екрана з щілиною;
H р - висота рефлектора;
H про - висота об'єкта нагріву;
L 1 - відстань від нагрівального елементу до крайок екрану з щілиною;
L 2 - відстань від нагрівального елементу до крайок рефлектора;
L 3 - відстань від нагрівального елементу до об'єкта нагріву.
Пропонована конструкція випромінювача теплової енергії складається з рефлектора (1), фіг. 1, нагрівального елементу (2), теплової ізоляції (3) і екрану з щілиною (4). Вона призначена для нагріву об'єкта (5).
 |
 |
Принцип роботи пропонованої конструкції ґрунтується на тому, що при подачі напруги харчування на нагрівальний елемент 2, фіг. 1, здійснюється перетворення електричної енергії в енергію теплового випромінювання. Нагрівання об'єкта 5 відбувається за рахунок спрямованого теплового потоку, відбитого від активної поверхні рефлектора 1, що поширюється уздовж оптичної осі з малим кутом розсіювання. Екран з щілиною 4 фокусує відбитий від нагрівального елементу теплової потік на рефлектор, тим самим, виключаючи розсіювання теплової енергії нагрівального елементу в просторі. Щілина екрану дозволяє підвищити інтенсивність нагріву об'єкта за рахунок його опромінення прямим спрямованим потоком тепла від нагрівального елементу. Наявність теплової ізоляції 3, наприклад, у вигляді екранно- вакуумної ізоляції дозволяє запобігти розсіювання тепла в навколишнє середовище. В якості нагрівальних елементів можуть використовуватися керамічні тепловиділяючі елементи, кварцові випромінювачі та ін.
Висота екрану з щілиною, його відстань від нагрівального елементу і ширина щілини вибираються виходячи з віддаленості і габаритних розмірів об'єкта. Розрахункова схема для визначення геометричних параметрів екрана з щілиною представлена на фіг. 2. Нижче наведені формули для визначення:
відстані від нагрівального елементу до крайок екрану з щілиною 
де k - коефіцієнт, який обирається виходячи з умови максимально можливого наближення екрану з щілиною до нагрівального елементу;
висоти екрану з щілиною 
кутовий ширини щілини 
Ширина щілини b екрану залежить від його форми і визначається графічним методом виходячи з кутової ширини щілини екрану і його віддаленості від нагрівального елементу.
У разі плоского екрану ширина щілини визначається за формулою 
Випромінювач теплової енергії з кварцовим нагрівальним елементом активно використовується при проведенні різного роду випробувань в вакуумних термобарокамерах, оснащених рідинними азотними холодильниками. Теплове випромінювання зі зворотним від нагрівального елементу поверхні рефлектора, зверненої до холодильника камери, призводить до надмірно підвищеної витрати рідкого дорогого азоту при проведенні випробувань. Проведені експериментальні дослідження робочих характеристик запропонованого випромінювача теплової енергії з тепловою ізоляцією (екранно-вакуумної) і екраном з щілиною, а й його прототипу з кварцовим нагрівальним елементом типу КГТ-220-1000 в термобарокамере об'ємом 350 м 3 в вакуумі показали, що при використанні випромінювачів конструкції прототипу витрачається 2517 кг / добу рідкого азоту (при напрузі живлення на кварцовому нагрівальний елемент 40В) і споживається 9,12 кВт · год електричної енергії (для нагріву об'єкта до температури 50 o C), а при використанні випромінювачів пропонованої конструкції з тепловою ізоляцією і екраном з щілиною при інших рівних умовах витрачається 1 648 кг / добу рідкого азоту і споживається 7,19 кВт · год електричної енергії. Тим самим винахід дозволяє економити 869 кг / добу (34,5%) рідкого азоту і 1,92 кВт · год (21,1%) електричної енергії.
Запропоноване винахід дозволяє збільшити ККД випромінювача теплової енергії за рахунок того, що:
збільшується щільність теплового потоку з боку випромінювача на об'єкт, і тим самим виключаються втрати енергії на розсіювання від нагрівального елементу поза об'єктом;
знижуються витрати електричної енергії для забезпечення нагрівання об'єкта при проведенні випробувань;
зменшується теплоприток на холодильник з боку рефлектора і витрата рідкого азоту при проведенні випробувань у вакуумній термобарокамере.
Пропонована конструкція випромінювача теплової енергії досить проста і не потребує суттєвого доопрацювання, а й введення спеціальних виробничих технологічних ліній.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Випромінювач теплової енергії, що складається з нагрівального елементу і рефлектора у вигляді параболоїда, що відрізняється тим, що в нього додатково введені екран з щілиною і теплова ізоляція, розміщена на зворотній від нагрівального елементу поверхні рефлектора по всій його площі, при цьому екран закріплений по осі симетрії рефлектора перед нагрівальним елементом у всій довжині останнього, причому відстань від нагрівального елементу до екрану, висота екрану і кутова ширина щілини вибираються у відповідності з наступними залежностями: 
де k - коефіцієнт, який обирається виходячи з умови максимально можливого наближення екрану з щілиною до нагрівального елементу; - Кутова ширина щілини,
d н - діаметр нагрівального елементу;
H е - висота екрана з щілиною;
Н р - висота рефлектора;
Н o - висота об'єкта нагріву;
L 1 - відстань від нагрівального елементу до крайок екрану з щілиною;
L 2 - відстань від нагрівального елементу до крайок рефлектора;
L 3 - відстань від нагрівального елементу до об'єкта нагріву.
Версія для друку
Дата публікації 21.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.