РЕГУЛИРУЕМАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Российский патент 1995 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к тепловым трубам (ТТ), а более конкретно к регулируемым тепловым трубам (РТТ), предназначенным для трансформации теплового потока с минимальным градиентом температур при одновременном поддержании теплового потока или температуры.

Известно конструктивное решение РТТ, работающей в режиме теплового выключателя, в котором в качестве регулирующего упругого элемента используется трубка Бурдона [1] Кольцевой участок фитиля вырезан в транспортной зоне и прикреплен к трубке Бурдона, соединенной с термобаллоном.

Такое конструктивное решение имеет следующие основные недостатки: нежесткость конструкции разрывной части фитиля; термобаллон вынесен за габариты ТТ, что не всегда является рациональным.

Было предложено другое конструктивное решение РТТ, принятой в качестве пpототипа, которое обеспечивает возможность защиты зоны отвода тепла ТТ от перегрева или отключение ТТ при низких температурах в зоне подвода тепла [2]
РТТ состоит из герметичного корпуса 1, фитильного устройства 2 с разрывной частью фитиля 3 в транспортной зоне, а также упругого элемента 4, выполненного в виде гиперболоидной гофрированной трубки [3]
Это решение имеет следующие недостатки: гиперболоидная гофрированная трубка при своей работе в ТТ имеет винтовое перемещение, а практически реализуется только ее поворот; имеется достаточно сложная и ненадежная в работе кинематическая схема преобразования поворота упругого элемента в радиальное перемещение разрывной части фитиля в транспортной зоне.

Все перечисленные недостатки снижают стабильность и надежность работы данной противопоставляемой РТТ.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков РТТ в описанных выше конструктивных схемах и повышение стабильности и надежности работы ТТ.

Цель достигается тем, что в известной РТТ, имеющей корпус, укрепленный на его стенках по внутреннему периметру фитиля с вырезом в транспортной зоне, устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю в зависимости от величины передаваемой ТТ теплового потока, содержащее полосу из материала фитиля из отдельных сегментов, равную ширине выреза и укрепленную на автономных держателях, а также упругий элемент, выполненный в виде гофрированной трубки в виде однополостного гиперболоида вращения с гофрами, расположенными по его прямолинейным образующим, заполненной жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения, который соединен с держателями полосы, по внутреннему периметру корпус имеет равномерные чередующиеся внутренние пазы, расположенные вдоль корпуса, в которые установлен фитиль; полосы из материала фитиля в виде отдельных сегментов укреплены на автономном пружинном держателе и расположены по винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента.

Указанное конструктивное решение обеспечивает стабильное поддержание теплового потока, так как имеется зависимость между температурой зоны испарения (подвода тепла) РТТ и количеством передаваемого по фитилю теплоносителя, с повышением температуры зоны испарения расход теплоносителя по фитилю уменьшается; высокую надежность работы, так как устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю имеет достаточно простую кинематическую схему, причем деформация упругого элемента реализуется полностью без промежуточных связей в регулируемое положение полосы фитиля в транспортной зоне; высокая надежность работы достигается за счет того, что все устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю находится внутри ТТ; возможность защиты зоны отвода тепла ТТ от перегрева или отключение ТТ при низких температурах в зоне подвода тепла.

Предложенные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены, что позволяет сделать вывод о новизне и существенных отличиях.

На фиг. 1 изображена предложенная регулируемая тепловая труба, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4, 5 развертка по внутренней полости корпуса регулируемой тепловой трубы при включенной и выключенной тепловой трубе соответственно.

Труба содержит корпус 1 ТТ, фитильное устройство 2, разрывную часть 3 фитильного устройства, гиперболоидную гофрированную трубу 4, держатель 5.

РТТ состоит из герметичного корпуса 1, фитильного устройства 2 с разрывной частью фитиля 3 в транспортной зоне и устройства для регулирования движения теплоносителя по фитилю.

Конструкция тонкостенного металлического корпуса 1 имеет практически традиционное решение и подробно описана в работе [4] Отличие состоит только в том, что стенки корпуса имеют равномерные, чередующиеся внутренние пазы, расположенные вдоль корпуса, в которые устанавливается фитильное устройство 2 (см.фиг.3). Корпус с такими равномерными внутренними шлицами (пазами) может быть изготовлен путем протяжки и долбления.

Фитильное устройство 2 в предложенной РТТ также имеет традиционное конструктивное решение, например в виде одно- или многослойной металлической сетки, и описано в работе [4]
Разрывная часть фитиля 3, расположенная в транспортной зоне ТТ, может быть изготовлена из одно- или многослойной сетки или из спеченных пористых металлических материалов, например из спеченных шариков. Разрывная часть фитиля 3 состоит из отдельных сегментов (на фиг. 1 представлено шесть сегментов). Высота сегментов равна ширине выреза в стенках корпуса. Разрывная часть фитиля 3 имеет жесткую конструкцию и при своей работе прилегает к внутренней поверхности корпуса 1.

Разрывная часть фитиля 3 в виде отдельных сегментов перемещается по винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента 4. В качестве направляющих служит срезанная винтовая часть фитильного устройства 2, а в основном винтовой участок на корпусе 1, не занятый фитильным устройством. Длина шлицевого участка корпуса 1 должна быть больше или равна участку, занятому фитилем 2.

В качестве регулирующего упругого элемента используется гофрированная труба 4, выполненная в виде однополостного гиперболоида вращения с гофрами, расположенными по его прямолинейным образующим. Конструкция такой гофрированной трубы была предложена в [3] Гиперболоидная гофрированная труба (ГГТ) 4 в разрезе представлена на фиг.2.

ГГТ 4, оформленная в виде геометрического баллона, заполняется жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения или двухфазной жидкостью. Ассортимент жидкостей для регулирующего баллона 4 представлен в работе [5]
К поворотному торцу регулируемого баллона 4, выполненного в виде ГГТ, прикрепляется путем механического крепления или сварки фланец автономных пружинных держателей 5. На фиг. 1-5 показано 6 автономных держателей. Участки держателей 5, параллельные оси корпуса 1, обеспечивают необходимый поджим разрывной части фитиля 3 к корпусу 1; участки держателей 5, перпендикулярные оси корпуса 1, обеспечивают некоторую компенсацию от неполного совпадения винтовой линии на корпусе 1 с винтовым перемещением упругого элемента 4. Очевидно, что участки держателей 5, перпендикулярные оси корпуса 1, расположены на винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента. Внутренняя полость РТТ заполняется теплоносителем.

В предлагаемой конструкции РТТ ГГТ 4 может быть установлена как в зоне подвода, так и в зоне отвода тепла.

Рассмотрим работу предложенной конструкции РТТ.

ГГТ 4 расположена в зоне подвода тепла РТТ.

При работе РТТ с заданной температурой источника подвода тепла регулирующий элемент 4, выполненный в виде ГТТ, не работает. Это значит, что разрывная часть фитиля 3 в виде отдельных винтовых сегментов находится в соответствующих окнах фитильного устройства 2 (см.фиг.4), обеспечивая нормальную транспортировку теплоносителя РТТ в жидкой фазе в фитильном устройстве 2 из зоны конденсации в зоне испарения.

Площадь разрывной части фитиля 3 может составлять 5-15% площади фитильного устройства.

РТТ для представленного случая работает как обычно. В зоне подвода тепла теплоноситель испаряется и передает тепло при конденсации в зоне отвода тепла. Теплоноситель по фитильному устройству 2 возвращается обратно в зону подвода тепла РТТ.

В зоне отвода тепла устанавливается соответствующая темпеpатура с учетом потерь на трансформацию тепла от источника через РТТ.

Пpи возрастании температуры в зоне подвода тепла жидкость с большим коэффициентом объемного расширения, расположенная в ГГТ 4, расширяется. Указанное вызывает поворот по винтовой линии подвижного торца ГГТ 4, а соответственно и автономных пружинных держателей 5 с отдельными сегментами разрывной части фитиля 3. Происходит полный разрыв фитильного устройства 2 в транспортной зоне (см.фиг.5).

При полном выходе разрывной части фитиля 3 из фитильного устройства (см. фиг. 5) конденсат теплоносителя уже не переносится в зону испарителя и РТТ перестает функционировать, т.е. передавать тепловой поток.

Практически РТТ и ГГТ 4 в качестве регулирующего элемента может обеспечить поворот на угол 60-90^о и более (теоретически до 180^о), поэтому количество отдельных сегментов разрывной части фитиля 3 может быть равно 4,5 или 6. Толщина фитильного устройства 2, участвующая в переносе теплоносителя, обычно не превышает 0,5-1 мм.

При полном выходе разрывной части фитиля 3 из фитильного устройства 2 (когда РТТ перестает работать, разрывная (подвижная) часть фитиля 3 должна обязательно оставаться в направляющих пазах корпуса 1 за счет поджима пружинными держателями 5.

При понижении температуpы источника тепла ГГТ 4 возвращается в исходное положение (см. фиг.5). Фитильное устройство 2 восстанавливает свою работоспособность, а тем самым начинает функционировать РТТ.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает защиту потребителя тепла от перегрева. Предложенная РТТ работает плавно по регулированию температуpы или теплового потока в зоне конденсации по сравнению с предложенными ранее ТТ, pаботающими в режиме "Включено-выключено".

Два крайних положения поворота подвижных сегментов разрывной части фитиля 3 должны быть фиксированы, например, с помощью шлицев корпуса 1, параллельных оси.

Если ГГТ 4 расположена в зоне подвода тепла РТТ, а pазрывная часть фитиля 3 установлена с зазором в фитильном устройстве (см.фиг.5), то РТТ начинает функционировать, то есть передавать тепловой поток только при достижении определенной температуры. При достижении определенной температуры ГГТ 4 поворачивается вместе с поворотными сегментами разрывной части фитиля 3, разрывная часть 3 входит в фитильное устройство (см.фиг.4) и РТТ начинает работать.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает свою работоспособность, начиная с определенной температуры.

Если ГГТ 4 расположена в зоне отвода тепла РТТ, а разрывная часть фитиля установлена в фитильном устройстве 2, то РТТ функционирует до тех пор, пока не произойдет перегрев зоны отвода тепла.

При перегреве зоны отвода тепла ГГТ 4 поворачивается вместе с поворотными сегментами разрывной части фитиля 3. Разрывная часть фитиля 3 выходит из фитильного устройства и РТТ перестает функционировать.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает защиту потребителя тепла от перегрева. Однако, если в первом случае при перегреве РТТ полностью отключалась, так как регулирующий элемент 4 был установлен в зоне подвода тела, то в последнем случае РТТ самовключается в работу по мере остывания, точнее понижения температуры потребителя тепла.

Диапазон применения РТТ, описанный в последнем случае, шире, чем для РТТ, описанной в первом случае, хотя обе конструктивные схемы служат для защиты потребителя тепла от перегрева.

В настоящий момент РТТ изготавливаются, в основном, в единичных экземплярах для различных специальных задач и информация по ним достаточно неполная. Это прежде всего касается вопросов надежности, долговечности, стоимости и др.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция РТТ позволяет повысить стабильность теплового потока в зоне отвода тепла, так как механизм (устройство) для регулирования движения теплоносителя по фитилю не имеет промежуточных люфтовых соединений и достаточно прост по кинематике (упругий элемент и автономные прижимные держатели); повысить надежность работы на 20-30% за счет полного использования перемещения упругого элемента в виде ГГТ по винтовой линии без введения промежуточных преобразователей перемещения фитиля в транспортной зоне; кроме того, разрывная (подвижная) часть фитиля имеет жесткую конструкцию, перемещается по винтовой линии в фиксированных направляющих, а терморегулирующее устройство расположено внутри тепловой трубы.

В настоящий момент производится эскизная проработка СТТ по предложенной конструктивной схеме.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: на внутренней поверхности корпуса в пазах установлен фитиль. В последнем в транспортной зоне выполнен вырез. В нем по спиральной линии установлены с помощью пружинных держателей ленточные сегменты. Сегменты выполнены из материала фитиля. Держатели соединены с гофрированной трубкой в виде однополостного гиперболоида вращения. Эта трубка заполнена жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения. 5 ил.

РЕГУЛИРУЕМАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА, содержащая корпус с укрепленным на его стенках по внутреннему периметру фитилем, имеющим вырез в транспортной зоне, и устройством для регулирования движения теплоносителя по фитилю в зависимости от величины передаваемого трубой теплового потока, выполненным из материала фитиля в виде ленточных сегментов шириной, равной ширине выреза, укрепленных на держателях, соединенных с упругим элементом, выполненным в виде гофрированной трубки, заполненной жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения и имеющей форму однополостного гиперболоида вращения с гофрами, расположенными по его прямолинейным образующим, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения стабильности теплового потока и повышения надежности, фитиль установлен в продольных пазах, равномерно расположенных на внутренней поверхности корпуса, сегменты расположены по винтовой линии, шаг и направление которой совпадает с траекторией перемещения упомянутой трубки, а держатели выполнены в виде пружин.