容忍结冰的旋转流体控制装置 本发明涉及用来控制一种可以处于气、液或固相的热交换流体的设备。
在热控系统中通常会用到双相工作流体，在该系统中较低的泵送功率和紧密的热交换器是必不可少的。这样的系统通过使工作流体汽化来消耗来自于一个热负载的热量并通过使工作流体冷凝将热量传递给散热片。这些系统经常与一种旋转流体控制装置(RFMD)组装在一起来将液相工作流体从气相工作流体中分离出来并通过该系统泵送分离出的液相和气相流体。
由于对本系统来说关系到工作流体的毒性、热稳定性、可燃性或可用性，所以水是一种较好的工作流体。然而，由于在系统处于非工作状态和较冷的环境中时会存在凝固地缺陷，通常的系统并不使用水或具有相对较高冰点的其它工作流体。凝固可能会损坏系统的元件并且在运转该系统之前会在溶化系统所有的管路和元件方面造成麻烦。由于RFMD在系统不运转时通常起到一定体积工作流体的储蓄池作用，因此该RFMD是特别容易因凝固而受到损坏的系统元件之一。由于这方面的考虑，通常所选用的一种工作流体是冰点低于系统的最低适应温度的流体。这本身又常常排除了水作为工作流体，尽管它具有许多优点。
因此，对于RFMD来说就存在一种用水作为双相热控制系统中之工作流体的需求。
本发明的主要的目的是提供一种新的改进了的用于流体系统的旋转流体控制装置。特别的是，其目的是提供一种用于热控制系统的容忍结冰的旋转流体控制装置，该系统利用具有相对较高冰点的物质例如水作为一种工作流体。
本发明的这些目的和其它目的是在一个如此流体系统中获得的，其利用一个在系统不运转时容易凝固的工作流体之存量。该系统包括一个RFMD和一个与RFMD相连且布置成在系统不运转时系统中工作流体的存量排泄到RFMD中的流体流动环路。一个较好的RFMD优选实施例包括一个具有一进口，一第一出口以及一第二出口的壳体，一个安装在壳体上的用来绕一垂直轴线旋转的储蓄池，一个用来将工作流体从进口导向储蓄池的回流管路，一个被固定到壳体上并在储蓄池内延伸至一径向外部位置邻近的皮托管，用于将来自储蓄池的液相工作流体导向第二出口，以及一个远离径向外部位置的在径向方向上位于内部的孔口，用于将来自于储蓄池的工作流体导向第一出口。当系统不运转时，储蓄池包括一个足以存储系统中工作流体的全部存量的存储容积。该存储容积由一个以垂直轴线为中心的向上开口的凹入回转曲面构成。
附图简要说明
图1是一个含有一个采用本发明的RFMD的双相热控制系统的示意图；以及
图2是一个与图1相似的示意图，但所示的是系统和RFMD处于非工作状态。
参考图1和2，将结合一个双相热能控制系统对根据本发明制造的旋转流体控制装置的一个典型的实施例进行说明和解释。然而，应该明确的是本发明可以在其它用途中使用，且除了在附属权利要求中明确说明之外，应该明确的是对于与一个双相热能控制系统一起使用并不是一种限制。
如图1所示，根据本发明制造的旋转流体控制装置10的一个典型的实施例被安装在一个双相热能控制系统中，该系统包括一种水质的工作流体12，一个用来将来自于热源16的热量传递给水12的蒸发器14，一个用来将来自于水12的热量传递给散热片20的冷凝器18，以及一个由流体管路或管道24、26、28以及30构成的流体流动回路22。
RFMD10包括一两件式壳体32；一个用来存储和泵送水12的可旋转储蓄池34；以轴承组件36的形式所示的装置，用于将储蓄池34安装到壳体32上绕垂直轴38旋转；以马达组件所示的装置，用来旋转储蓄池34；以及一个用来将来自于储蓄池34的液相的工作流体导入到流体流动回路22中的皮托管装置42。
两件式片壳体32包括一个上部壳体50和一个下部壳体52，这两部分借助于穿过法兰接头54延伸的螺栓(图中未示出)联结起来。上部壳体50包括一个与流体管路24相连的用于将气相的水12导向冷凝器18的第一出口和管道56，一个与流体管路26相连的用于将来自于冷凝器18的液相水12导入到储蓄池34中的进口和管道60，一个与流体管路28相连的用于将来自于储蓄池34的液相水12导入到蒸发器14中的第二出口和管道62，以及一个与流体管路30相连的用于将来自于蒸发器14的气相和液相的水12(混合相)导向储蓄池34的进口和管道64。上部壳体50还包括一个用于通过轴承组件36可旋转地安装储蓄池34的圆筒形的悬臂支承柱66。该上部壳体50也包括三个圆筒管68、70、72，这三者部分地构成了孔口和管道56、60、62以及64。下部壳体52由一个圆筒状的上端部分74和一个大致呈半球状的下端部分76构成，这两者被成形得基本上适应于储蓄池34。下部壳体52还包括加热装置，采用一些加热元件或线圈78的方式，用来将储存在储蓄池34中的水12溶化，这将在下面进行详细地解释。
储蓄池34有一个用来储存和泵送水12大致呈半球形的下端部分80，和一个用来通过轴承组件36将储蓄池34安装到柱子66上的圆筒状的上端部分82。下端部分80包含一储存容积84，该容积由一个向上开口的、以垂直轴线38为中心的凹入回转曲面86构成。应当理解到的是，术语凹入和回转曲面以非常广泛的含义被使用且包括由一些被分割的直线段构成的表面。该表面86从该表面的最底部的区域87向上和向外倾斜。表面86终止于一个环形过渡表面88，该过渡表面将表面86和环状平面90联结起来，环状平面90将下端部分80联结到储蓄池34的上端部分82上。表面90基本上与轴线38垂直且具有一个环形回流开口92。下端部分80也包括一个回流管道和孔口93，用来将来自于进口管道和孔口60的液相水泵送到储存容积84中。上端部分82包括一个由一系列阶梯圆柱表面94、96以及98构成的轴承孔。表面94容装轴承组件36。在表面96和柱子66之间设置一个回转密封件100来将管道60密封住。在表面98和导管72之间设置一个回转密封件102来将管道60和64密封住。
马达50可以是任何一种传统结构且包括一个安装到下部壳体52上的定子110和一个安装到储蓄池34上的转子112。
皮托管组件42包括：一个支管114，该支管与管子68、70之间的环形套筒液路相通；一个皮托管116，该皮托管从支管114处延伸到与表面86的径向最外端部分相邻近的径向外部位置118。在皮托管116内的径向外部位置118处有一个切向进口120。该进口120开口方向与储蓄池34的预定的旋转方向相反。由于皮托管组件42是固定的，储蓄池34的旋转将会产生一个与把液相水导进皮托管116一样的压头。支管114和管子68一起构成一个用于将来自于储存容积84的气相水12导入到出口56的排出孔121。
如图1所示，在运转过程中，马达40以足够快的速度绕轴38旋转驱动储蓄池34，则离心力使得液相水12径向向外贴在表面86上由此而构成一个液相水的环形体130。水体130将由气相水12充满的中心蒸汽芯132包围起来。在储蓄池34旋转作用下进入进口120的液相水12流过皮托管116和支管114到达导管和孔口62，在此水接着经管路28被输送到蒸发器14。接着液相水12在热源16排出的热的作用下在蒸发器14中至少部分被汽化。水12接着经流动管路30流向管道和孔口64，该管道和孔口通过进口开口92将水12导回到储存容积84中。水12接着在储蓄池34的旋转作用下被分离成液相和气相。由于储蓄池34和回流导管及孔口93的旋转产生的离心力使液相水12从管路26和该管道与孔口60流向储存容积84。这就在冷凝器18中产生了一个压力降以将气相水12从蒸汽空间132经出口121、管道56、以及管路24抽至冷凝器18中。汽相水12经过将热量传递给与冷凝器18相连的散热片20被凝结成液相的水12。液相水12接着在回流管道和孔口93的旋转作用下经管路26和孔口60内的管道被抽走，该回流管路使液相水12返回到储存容积84中。
应该明确的是，在开始的时候，水12将具有一个初始液/汽相交界面140，该交界面将随着水12的存量被输送到蒸发器14、冷凝器18以及流动回路22中而会沿着径向方向逐渐地向外移动到稳定状态的液/汽相交界面142。还有应该明确的是，如果系统状况使得交界面142在径向方向上位于从位置118往外的位置，这种情况即使有也很少出现，水12将会被迫流过蒸发器14。
比较好的是，见图2所示，流动回路22具有这样的结构，即，在系统不运转时，系统中水12的全部存量通常通过将所有其它的系统元件置于RFMD之上和使所有的管道向下部元件和/或RFMD倾斜而排泄到储存容积84中。较好的是，储存容积84足以存储系统中水12的全部存量并将产生一个液/汽相交界面144，该交界面位于环形过渡表面88之下。应该理解到的是，在凝固条件下，由于由表面86构成的倾斜壁容许水相对自由地膨胀，水12将不会使储蓄池34破裂。
比较好的是，加热元件78在旋转储蓄池34之前就起作用来确保所有的水12完全溶化。应该理解的是，加热元件78可以是传统类型的任何一种，包括电热线圈和用来使被加热的流体循环的加热管道。