СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ Российский патент 1994 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам работы тепловых труб, и может быть использовано в устройствах, в которых требуется изменение степени нагрева и охлаждения или попеременные нагрев и охлаждение объектов, в частности в тепловых сорбционных компрессорах, термических процессах, технологических реакторах и т. д.

Известен способ работы тепловой трубы, включающий циркуляцию теплоносителя в каналах, а именно испарение теплоносителя в камере испарения нагревом от источника тепла, движение теплоносителя в паровой фазе под действием сил давления в паропроводе, конденсацию теплоносителя в камере конденсации охлаждением от источника холода, движение теплоносителя в жидкой фазе под действием сил поверхностного натяжения в капиллярных каналах конденсатопровода, а также регулирование тепловой трубы в зависимости от режима теплопередачи от источника тепла к источнику холода.

Регулирование тепловой трубы в зависимости от режима осуществляется операциями установки площади теплообмена между камерой испарения и контактной жидкостью с помощью инертного газа.

Недостатком способа является низкая надежность и значительная сложность, обусловленная необходимостью применения для теплопередачи кроме теплоносителя двух дополнительных рабочих тел, а именно контактной жидкости и инертного газа, которые непосредственно взаимодействуют с элементами тепловой трубы.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ работы тепловой трубы, по которому регулирование тепловой трубы в зависимости от режима осуществляется операциями установки заданного значения гидравлического сопротивления каналов тепловой трубы с помощью неконденсирующегося газа, подаваемого из специальных резервуаров в каналы тепловой трубы.

Недостатками данного способа являются высокие потери энергии, длительный переходный период при регулировании и сложность регулирования, обусловленные необходимостью использования дополнительного рабочего тела, взаимодействующего с теплоносителем, что затруднит расчет тепловой трубы при проектировании и настройку в условиях эксплуатации.

Целью изобретения является регулирование тепловой трубы, сокращение переходного периода при регулировании и снижение потерь энергии.

Указанная цель достигается тем, что для регулирования тепловой трубы испаряют теплоноситель в камере испарения нагревом от источника тепла, перемещают паровую фазу теплоносителя под действием сил давления по паропроводу, конденсируют ее в камере конденсации охлаждением от источника холода и возвращают жидкую фазу теплоносителя под действием сил поверхностного натяжения в капиллярных каналах конденсатопровода в камеру испарения при одновременном регулировании гидравлического сопротивления этих каналов путем локального нагрева жидкой фазы теплоносителя в них до температуры кипения, причем нагрев жидкой фазы теплоносителя в капиллярных каналах конденсатопровода осуществляют посекторно.

На фиг. 1 изображена тепловая труба с нагревом теплоносителя в конденсатопроводе при помощи электронагревателя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (с электронагревателями, размещенными в поперечном сечении конденсатопровода посегментно); на фиг. 3 - тепловая труба с нагревом и охлаждением теплоносителя от источников тепла и холода тепловой трубы с использованием дополнительного рабочего тела.

Тепловая труба (фиг. 1) содержит камеру испарения 1 теплоносителя с источником тепла 2, паропровод 3, камеру конденсации 4 теплоносителя с источником холода 5, конденсатопровод 6 в виде капиллярных каналов, а также электронагреватели 7, размещенные в конденсатопроводе 6. Электронагреватели 7 могут быть размещены в локальных областях поперечного сечения конденсатопровода 6, например по секторам (фиг. 2).

Тепловая труба, изображенная на фиг. 3, в конденсатопроводе содержит теплообменник 8, при помощи которого осуществляют подвод тепла и охлаждение теплоносителя. Для подвода тепла к теплоносителю в жидкой фазе дополнительное рабочее тело пропускают через теплообменник 9, нагревают его от источника тепла 2 тепловой трубы и подают в теплообменник 8. Для отвода тепла от теплоносителя в паровой фазе дополнительное рабочее тело пропускают через теплообменник 10, охлаждают его от источника холода 5 тепловой трубы и подают в теплообменник 8.

Способ работы трубы (фиг. 1) реализуется следующим образом.

Для передачи тепла в каналах тепловой трубы осуществляют циркуляцию теплоносителя, а именно испарение теплоносителя в камере испарения 1 нагревом от источника тепла 2, перемещение паровой фазы теплоносителя под действием сил давления по паропроводу 3, конденсацию ее в камере конденсации 4 охлаждением от источника холода 5 и возврат жидкой фазы теплоносителя под действием сил поверхностного натяжения в капиллярных каналах конденсатопровода 6 в камеру испарения 1. При этом осуществляется одновременное регулирование гидравлического сопротивления этих каналов путем локального нагрева жидкой фазы теплоносителя в них до температуры кипения. Паровая фаза теплоносителя изменяет гидравлическое сопротивление конденсатопровода 6, изменяя соотношение капиллярных каналов с жидкой и паровой фазами, причем для увеличения теплопроводности тепловой трубы количество тепла, подводимого к теплоносителю, уменьшают, обеспечивая снижение испарения теплоносителя, а для уменьшения теплопроводности тепловой трубы количество подводимого тепла к теплоносителю увеличивают, обеспечивая увеличение испарения теплоносителя.

Для повышения точности регулирования характеристик тепловой трубы подвод тепла к теплоносителям проводят в локальных областях поперечного сечения конденсатопровода 6, например, с последовательным включением каждого из электронагревателей 7 (фиг. 2), что позволяет при работе одного нагревателя испарять теплоноситель сначала только в одном и секторов конденсатопровода 6, затем при работе двух нагревателей испарять теплоноситель в половине поперечного сечения конденсатопровода и т. д. Для отключения теплопроводности тепловой трубы подачу тепла производят с помощью всех четырех нагревателей 7, обеспечивая полное испарение теплоносителя по всей площади поперечного сечения в каждом капиллярном канале конденсатопровода 6, а для восстановления теплопроводности тепловой трубы подвод тепла к теплоносителю прекращают и обеспечивают полную конденсацию теплоносителя в конденсатопроводе. Конденсацию теплоносителя в конденсатопроводе осуществляют за счет отвода тепла по элементам конструкции тепловой трубы и теплообмена между жидкой и паровой фазами теплоносителя. Для сокращения переходного периода при восстановлении теплопроводности тепловой трубы паровую фазу на участке между зоной испарения и локальным нагревом конденсируют путем наружного охлаждения.

Для снижения потерь энергии при испарении теплоносителя локальный нагрев и охлаждение участка конденсатопровода 6 осуществляют путем подвода тепла от источника камеры испарения 1 (источник тепла 2) и отвода тепла к источнику холода 5 камеры конденсации 4.

Такой способ работы тепловой трубы дает возможность регулировать работу тепловой трубы, сократить переходный период и снизить потери энергии при регулировании.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: в процессе работы тепловой трубы регулируют гидравлическое сопротивление капиллярных каналов конденсатопровода. Для этого осуществляют посекторно локальный нагрев теплоносителя в них до температуры кипения. Паровую фазу на участке между зоной испарения и локальным нагревом конденсируют путем наружного охлаждения. Локальный нагрев и охлаждение осуществляют путем подвода тепла от источника зоны испарения и отвода тепла к источнику холода зоны конденсации. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ путем испарения теплоносителя в камере испарения нагревом от источника тепла, перемещения паровой фазы теплоносителя под действием сил давления по паропроводу, конденсации ее в камере конденсации охлаждением от источника холода и возврата жидкой фазы теплоносителя под действием сил поверхностного натяжения в капиллярных каналах конденсатопровода в камеру испарения при одновременном регулировании гидравлического сопротивления этих каналов путем локального нагрева жидкой фазы теплоносителя в них до температуры кипения, отличающийся тем, что нагрев жидкой фазы теплоносителя в капиллярных каналах конденсатопровода осуществляют посекторно. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью сокращения переходного периода, паровую фазу на участке между зоной испарения и локальным нагревом конденсируют путем наружного охлаждения. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью снижения потерь энергии, локальный нагрев и охлаждение вышеуказанного участка осуществляют путем подвода тепла от источника зоны испарения и отвода тепла к источнику холода зоны конденсации.