專利名稱：容忍結(jié)冰的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shè)備。
在熱控系統(tǒng)中通常會(huì)用到雙相工作流體，在該系統(tǒng)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(tǒng)通過使工作流體汽化來消耗來自于一個(gè)熱負(fù)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(tǒng)經(jīng)常與一種旋轉(zhuǎn)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(tǒng)泵送分離出的液相和氣相流體。
由于對本系統(tǒng)來說關(guān)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(tǒng)處于非工作狀態(tài)和較冷的環(huán)境中時(shí)會(huì)存在凝固的缺陷，通常的系統(tǒng)并不使用水或具有相對較高冰點(diǎn)的其它工作流體。凝固可能會(huì)損壞系統(tǒng)的元件并且在運(yùn)轉(zhuǎn)該系統(tǒng)之前會(huì)在溶化系統(tǒng)所有的管路和元件方面造成麻煩。由于RFMD在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通常起到一定體積工作流體的儲(chǔ)蓄池作用，因此該RFMD是特別容易因凝固而受到損壞的系統(tǒng)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(diǎn)低于系統(tǒng)的最低適應(yīng)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(diǎn)。
因此，對于RFMD來說就存在一種用水作為雙相熱控制系統(tǒng)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(jìn)了的用于流體系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)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(tǒng)的容忍結(jié)冰的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，該系統(tǒng)利用具有相對較高冰點(diǎn)的物質(zhì)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(gè)如此流體系統(tǒng)中獲得的，其利用一個(gè)在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易凝固的工作流體之存量。該系統(tǒng)包括一個(gè)RFMD和一個(gè)與RFMD相連且布置成在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)中工作流體的存量排泄到RFMD中的流體流動(dòng)環(huán)路。一個(gè)較好的RFMD優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)具有一進(jìn)口，一第一出口以及一第二出口的殼體，一個(gè)安裝在殼體上的用來繞一垂直軸線旋轉(zhuǎn)的儲(chǔ)蓄池，一個(gè)用來將工作流體從進(jìn)口導(dǎo)向儲(chǔ)蓄池的回流管路，一個(gè)被固定到殼體上并在儲(chǔ)蓄池內(nèi)延伸至一徑向外部位置鄰近的皮托管，用于將來自儲(chǔ)蓄池的液相工作流體導(dǎo)向第二出口，以及一個(gè)遠(yuǎn)離徑向外部位置的在徑向方向上位于內(nèi)部的孔口，用于將來自于儲(chǔ)蓄池的工作流體導(dǎo)向第一出口。當(dāng)系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，儲(chǔ)蓄池包括一個(gè)足以存儲(chǔ)系統(tǒng)中工作流體的全部存量的存儲(chǔ)容積。該存儲(chǔ)容積由一個(gè)以垂直軸線為中心的向上開口的凹入回轉(zhuǎn)曲面構(gòu)成。
附圖簡要說明

圖1是一個(gè)含有一個(gè)采用本發(fā)明的RFMD的雙相熱控制系統(tǒng)的示意圖；以及圖2是一個(gè)與圖1相似的示意圖，但所示的是系統(tǒng)和RFMD處于非工作狀態(tài)。
參考圖1和2，將結(jié)合一個(gè)雙相熱能控制系統(tǒng)對根據(jù)本發(fā)明制造的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置的一個(gè)典型的實(shí)施例進(jìn)行說明和解釋。然而，應(yīng)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(quán)利要求中明確說明之外，應(yīng)該明確的是對于與一個(gè)雙相熱能控制系統(tǒng)一起使用并不是一種限制。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明制造的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置10的一個(gè)典型的實(shí)施例被安裝在一個(gè)雙相熱能控制系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括一種水質(zhì)的工作流體12，一個(gè)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(gè)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(gè)由流體管路或管道24、26、28以及30構(gòu)成的流體流動(dòng)回路22。
RFMD10包括一兩件式殼體32；一個(gè)用來存儲(chǔ)和泵送水12的可旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)蓄池34；以軸承組件36的形式所示的裝置，用于將儲(chǔ)蓄池34安裝到殼體32上繞垂直軸38旋轉(zhuǎn)；以馬達(dá)組件所示的裝置，用來旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)蓄池34；以及一個(gè)用來將來自于儲(chǔ)蓄池34的液相的工作流體導(dǎo)入到流體流動(dòng)回路22中的皮托管裝置42。
兩件式片殼體32包括一個(gè)上部殼體50和一個(gè)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(lián)結(jié)起來。上部殼體50包括一個(gè)與流體管路24相連的用于將氣相的水12導(dǎo)向冷凝器18的第一出口和管道56，一個(gè)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(dǎo)入到儲(chǔ)蓄池34中的進(jìn)口和管道60，一個(gè)與流體管路28相連的用于將來自于儲(chǔ)蓄池34的液相水12導(dǎo)入到蒸發(fā)器14中的第二出口和管道62，以及一個(gè)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(dǎo)向儲(chǔ)蓄池34的進(jìn)口和管道64。上部殼體50還包括一個(gè)用于通過軸承組件36可旋轉(zhuǎn)地安裝儲(chǔ)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(gè)圓筒管68、70、72，這三者部分地構(gòu)成了孔口和管道56、60、62以及64。下部殼體52由一個(gè)圓筒狀的上端部分74和一個(gè)大致呈半球狀的下端部分76構(gòu)成，這兩者被成形得基本上適應(yīng)于儲(chǔ)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(chǔ)存在儲(chǔ)蓄池34中的水12溶化，這將在下面進(jìn)行詳細(xì)地解釋。
儲(chǔ)蓄池34有一個(gè)用來儲(chǔ)存和泵送水12大致呈半球形的下端部分80，和一個(gè)用來通過軸承組件36將儲(chǔ)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(chǔ)存容積84，該容積由一個(gè)向上開口的、以垂直軸線38為中心的凹入回轉(zhuǎn)曲面86構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)理解到的是，術(shù)語凹入和回轉(zhuǎn)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(gòu)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(gè)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(lián)結(jié)起來，環(huán)狀平面90將下端部分80聯(lián)結(jié)到儲(chǔ)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(gè)環(huán)形回流開口92。下端部分80也包括一個(gè)回流管道和孔口93，用來將來自于進(jìn)口管道和孔口60的液相水泵送到儲(chǔ)存容積84中。上端部分82包括一個(gè)由一系列階梯圓柱表面94、96以及98構(gòu)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(shè)置一個(gè)回轉(zhuǎn)密封件100來將管道60密封住。在表面98和導(dǎo)管72之間設(shè)置一個(gè)回轉(zhuǎn)密封件102來將管道60和64密封住。
馬達(dá)50可以是任何一種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)且包括一個(gè)安裝到下部殼體52上的定子110和一個(gè)安裝到儲(chǔ)蓄池34上的轉(zhuǎn)子112。
皮托管組件42包括一個(gè)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(gè)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(nèi)的徑向外部位置118處有一個(gè)切向進(jìn)口120。該進(jìn)口120開口方向與儲(chǔ)蓄池34的預(yù)定的旋轉(zhuǎn)方向相反。由于皮托管組件42是固定的，儲(chǔ)蓄池34的旋轉(zhuǎn)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與把液相水導(dǎo)進(jìn)皮托管116一樣的壓頭。支管114和管子68一起構(gòu)成一個(gè)用于將來自于儲(chǔ)存容積84的氣相水12導(dǎo)入到出口56的排出孔121。
如圖1所示，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，馬達(dá)40以足夠快的速度繞軸38旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)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(gòu)成一個(gè)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(chǔ)蓄池34旋轉(zhuǎn)作用下進(jìn)入進(jìn)口120的液相水12流過皮托管116和支管114到達(dá)導(dǎo)管和孔口62，在此水接著經(jīng)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(jīng)流動(dòng)管路30流向管道和孔口64，該管道和孔口通過進(jìn)口開口92將水12導(dǎo)回到儲(chǔ)存容積84中。水12接著在儲(chǔ)蓄池34的旋轉(zhuǎn)作用下被分離成液相和氣相。由于儲(chǔ)蓄池34和回流導(dǎo)管及孔口93的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(chǔ)存容積84。這就在冷凝器18中產(chǎn)生了一個(gè)壓力降以將氣相水12從蒸汽空間132經(jīng)出口121、管道56、以及管路24抽至冷凝器18中。汽相水12經(jīng)過將熱量傳遞給與冷凝器18相連的散熱片20被凝結(jié)成液相的水12。液相水12接著在回流管道和孔口93的旋轉(zhuǎn)作用下經(jīng)管路26和孔口60內(nèi)的管道被抽走，該回流管路使液相水12返回到儲(chǔ)存容積84中。
應(yīng)該明確的是，在開始的時(shí)候，水12將具有一個(gè)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(dòng)回路22中而會(huì)沿著徑向方向逐漸地向外移動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)的液/汽相交界面142。還有應(yīng)該明確的是，如果系統(tǒng)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(xiàn)，水12將會(huì)被迫流過蒸發(fā)器14。
比較好的是，見圖2所示，流動(dòng)回路22具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)中水12的全部存量通常通過將所有其它的系統(tǒng)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(chǔ)存容積84中。較好的是，儲(chǔ)存容積84足以存儲(chǔ)系統(tǒng)中水12的全部存量并將產(chǎn)生一個(gè)液/汽相交界面144，該交界面位于環(huán)形過渡表面88之下。應(yīng)該理解到的是，在凝固條件下，由于由表面86構(gòu)成的傾斜壁容許水相對自由地膨脹，水12將不會(huì)使儲(chǔ)蓄池34破裂。
比較好的是，加熱元件78在旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)蓄池34之前就起作用來確保所有的水12完全溶化。應(yīng)該理解的是，加熱元件78可以是傳統(tǒng)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(quán)利要求
1.一種用于一系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，該系統(tǒng)使用一定存量的工作流體，該存量流體在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易被凝固，該旋轉(zhuǎn)流體控制裝置包括一個(gè)具有一進(jìn)口、一第一出口、以及一第二出口的殼體；一個(gè)具有一存儲(chǔ)容積的儲(chǔ)蓄池，該存儲(chǔ)容積通過一個(gè)向上開口的，凹入的回轉(zhuǎn)曲面構(gòu)成；用于將儲(chǔ)蓄池安裝在殼體上以繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的裝置；一個(gè)用于將來自于所述進(jìn)口的工作流體導(dǎo)入到所述儲(chǔ)蓄池的回流管路；一個(gè)被固定到殼體上并在儲(chǔ)蓄池內(nèi)延伸到一徑向外部位置的皮托管，用于將來所述儲(chǔ)蓄池的液相工作流體導(dǎo)向第二出口；以及一個(gè)遠(yuǎn)離所述徑向外部位置的在徑向上位于內(nèi)部的孔口，用于將來自于儲(chǔ)蓄池的汽相工作流體導(dǎo)向第一出口。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，其特征在于凹入的回轉(zhuǎn)曲面是一個(gè)半球狀。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，其特征在于儲(chǔ)存容積具有足夠的尺寸以存儲(chǔ)系統(tǒng)中工作流體的全部存量。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，其特征在于皮托管延伸到所述的儲(chǔ)存容積內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置，其特征在于還包括置于靠近所述儲(chǔ)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(chǔ)在儲(chǔ)存容積內(nèi)的工作流體。
6.一種使用一定存量之工作流體的系統(tǒng)，該工作流體在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易被凝固，該系統(tǒng)包括一個(gè)含有下列部分的旋轉(zhuǎn)流體控制裝置一個(gè)具有一進(jìn)口、一第一出口、以及一第二出口的殼體，一個(gè)被安裝在殼體上的用來繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的儲(chǔ)蓄池，該儲(chǔ)蓄池包括一個(gè)足以存儲(chǔ)當(dāng)系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)中工作流體之全部存量的存儲(chǔ)容積，該存儲(chǔ)容積由一個(gè)表面構(gòu)成，該表面在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從該表面的最底部的區(qū)域向上和向外傾斜，一個(gè)用于將來自于所述進(jìn)口的工作流體導(dǎo)入到所述儲(chǔ)蓄池的回流管路，一個(gè)被固定到殼體上并在儲(chǔ)蓄池內(nèi)延伸到一徑向外部位置鄰近的皮托管，用于將來自所述儲(chǔ)蓄池的液相工作流體導(dǎo)向第二出口，以及一個(gè)遠(yuǎn)離所述徑向外部位置的在徑向上位于內(nèi)部的孔口，用來將來自于儲(chǔ)蓄池的汽相工作流體導(dǎo)向第一出口；以及一個(gè)與所述第一和第二出口和所述進(jìn)口相連的流體流動(dòng)回路，用來使工作流體通過該系統(tǒng)導(dǎo)流；該流動(dòng)回路具有的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)中的工作流體(存量)在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排泄到儲(chǔ)存容積中。
7.如權(quán)利要求6所述的流體系統(tǒng)，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(gè)以垂直軸線為中心的向上開口的凹入回轉(zhuǎn)曲面。
8.如權(quán)利要求7所述的流體系統(tǒng)，其特征在于所述的凹入表面是一個(gè)半球狀。
9.如權(quán)利要求6所述的流體系統(tǒng)，其特征在于所述的皮托管延伸到所述的儲(chǔ)存容積內(nèi)。
10.如權(quán)利要求6所述的流體系統(tǒng)，其特征在于還包括置于靠近所述儲(chǔ)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(chǔ)在儲(chǔ)存容積內(nèi)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(gè)旋轉(zhuǎn)流體控制裝置(RFMD)(10)和一個(gè)流體流動(dòng)回路(22)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),其中該流體流動(dòng)回路(22)與RFMD相連且布置成在系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)中工作流體的存量排泄到RFMD中。該RFMD包括一個(gè)具有一進(jìn)口(60、64),一第一出口(56)以及一第二出口(62)的殼體(32),一個(gè)安裝在殼體(32)上的用來繞垂直軸線(38)旋轉(zhuǎn)的儲(chǔ)蓄池(34),一個(gè)用來將工作流體從進(jìn)口(60、64)導(dǎo)向儲(chǔ)蓄池(34)的回流管路(92、93),一個(gè)固定到殼體(32)上并延伸到儲(chǔ)蓄池34內(nèi)之徑向外部位置(118)鄰近的皮托管(116),用來將來自于儲(chǔ)蓄池的液相工作流體導(dǎo)向第一出口(62),以及一個(gè)遠(yuǎn)離徑向外部位置(118)的在徑向方上位于內(nèi)部的孔口(121),用于將來自于儲(chǔ)蓄池(34)的汽相工作流體導(dǎo)向第一出口(56)。當(dāng)系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),儲(chǔ)蓄池(34)包括一個(gè)足以存儲(chǔ)系統(tǒng)中工作流體的全部存量的存儲(chǔ)容積(84)。該存儲(chǔ)容積(84)由一個(gè)以垂直軸線(38)為中心的向上開口的凹入回轉(zhuǎn)曲面(86)構(gòu)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(quán)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