УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ БЛОКОВ Российский патент 1996 года по МПК H05K7/20 G05D23/30 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для термостатирования тепловыделяющих блоков, преимущественно наземного базирования.

Известны устройства терморегулирования блоков на основе газорегулируемых тепловых труб, обладающих автономностью, надежностью, незначительными затратами энергии при функционировании, возможностью обеспечить высокую точность термостабилизации. Данные конструкции осуществляют терморегулирование следующим образом. Выделяющаяся в объем блока тепловая энергия подводится к тепловой трубе, которая транспортирует теплоту к радиатору. Радиатор "сбрасывает" теплоту в окружающую среду. Изменение баланса теплоты в системе приводит к перемещению границы раздела пар-газ по длине радиатора и изменению эффективной поверхности теплосброса. Термическое сопротивление всей системы устанавливается на таком уровне, который обеспечивает баланс тепловой энергии в блоке. Однако при значительных перепадах температур окружающей среды для термостатирования блока возникает необходимость в регулируемом подогреве баллона с неконденсирующим газом, что усложняет конструкцию. Кроме того, эффективное теплорегулирование перемещением границы пар-газ требует определенных протяженностей труб и габаритов баллонов, что ухудшает компактность конструкции.

Наиболее простыми конструкциями, реализующими процессы пассивного регулирования, являются конструкции, циркуляция теплоносителя в которых осуществляется с помощью парлифтной тепловой трубы (ПТТ). Однако поскольку жидкость в ПТТ перемещается от зоны конденсации к испарительной зоне против направления силы тяжести, циркуляция теплоносителя в ней не может иметь места без дополнительного обогревателя парлифтного узла, что также усложняет устройство термостатирования.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регулирования температуры, выбранное в качестве прототипа. Данное устройство состоит из термосифона, сборника жидкой фазы теплоносителя, парлифтной тепловой трубы, парлифтного пускателя и управляющей газорегулируемой тепловой трубы (УГРТТ).

Применяемая в этой системе ПТТ выполнена таким образом, что вся жидкая фаза теплоносителя конденсируется в сборнике парлифтного пускателя и без перекачивания ее пускателем через гравитационный барьер циркуляция теплоносителя не осуществляется (ПТТ отключена).

Если температура объекта повышается, то фронт пар-газ УГРТТ достигает теплового контакта с ПТТ и включает ее, что увеличивает отводимый от объекта тепловой поток. В зависимости от конструктивных особенностей и степени обработки парлифтного пускателя система терморегулирования может обеспечивать как плавный режим стабилизации температуры объекта, так и режим периодических колебаний температуры между заданными допустимыми уровнями. Данная система позволяет вести термостатирование на основе тепловых труб без применения подвижных узлов, специальных датчиков или исполнительных механизмов и внешних источников энергии.

Однако данная система представляет собой несколько герметичных автономных узлов, а именно термосифон, парлифтную тепловую трубу, управляемую газорегулируемую тепловую трубу, что значительно усложняет конструкцию, технологию ее производства и настройки.

Целью изобретения является упрощение конструкции термостатирования тепловыделяющих блоков и повышения технологичности ее производства и настройки.

Данная цель достигается тем, что в устройстве термостатирования, содержащем термосифон с теплоносителем и управляемый температурой (мощностью тепловыделений) блока парлифтный пускатель, последний выполнен в виде узла для перекачивания жидкой фазы теплоносителя от зоны нагрева в зоне охлаждения, а теплоноситель состоит из смешивающихся в жидкой фазе при температуре стабилизации двух или нескольких компонентов, один из которых при температуре стабилизации кипит, а другие при температурах ниже стабилизационной, переходят в твердое состояние, причем в этом состоянии обладают низкой теплопроводностью.

Новыми существенными признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа и в совокупности от известных аналогов в данной области техники являются следующие:
выполнение парлифтного пускателя в виде узла, перекачивающего жидкую фазу теплоносителя из зоны нагрева в зону охлаждения;
введение теплоносителя из смешивающихся в жидкой фазе при температуре стабилизации компонентов, один из которых при температуре стабилизации кипит, а другие при температурах ниже стабилизационной переходят в твердое состояние;
компоненты, переходящие в твердое состояние, обладают низкой теплопроводностью.

На фиг. 1 и 2 представлено предлагаемое устройство в двух проекциях.

Устройство состоит из термосифона 1 с теплоносителем 2 и парлифтным узлом 3, перекачивающим жидкую фазу теплоносителя от зоны нагрева 4 к зоне охлаждения 5.

Устройство отводит тепло от блока 6, имеющего теплоизоляцию.

Устройство работает следующим образом. При включении аппаратуры блока 6 температура его растет до температуры стабилизации. При температуре стабилизации компоненты теплоносителя 2 находятся в жидкой фазе и смешиваются. При данной температуре один из компонентов теплоносителя начинает кипеть и включается парлифтный узел 3, который перекачивает жидкий теплоноситель от зоны нагрева 4 к зоне охлаждения 5. Избыточное тепло блока "сбрасывается" в окружающую среду. Чем выше температура блока (например, возрастает мощность тепловыделений), тем интенсивнее перекачивается теплоноситель через парлифтный узел, что приводит к интенсивному охлаждению блока и стабилизации его температуры.

При снижении температуры с внешней стороны зоны охлаждения термосифона на его внутренних поверхностях происходит осаждение компонентов теплоносителя, переходящих в твердое состояние. По мере снижения температуры зоны охлаждения (внешней среды) происходит соответствующее наращивание твердого слоя на внутренних поверхностях зоны. Так как в твердом состоянии компоненты имеют низкую теплопроводность, то растет термическое сопротивление термосифона и таким образом происходит термостабилизация блока. При последующем повышении температуры внешней среды происходит расплавление твердого слоя циркулирующим в термосифоне оставшимся в жидкой фазе теплоносителем. При этом уменьшается толщина твердого слоя и соответственно термосопротивление термосифона, "сбрасывающего" тепловую мощность блока в окружающую среду.

Таким образом происходит плавный режим стабилизации температуры блока при изменениях в широких пределах нагреваемой мощности блока и температур внешней среды.

Устройство (см. фиг. 2) представляет собой термосифон 1, выполненный из тонкостенной металлической (сталь 12Х18Н9Т) трубки диаметром 12 мм и длиной 110 мм, соединенной герметично с баллоном зоны нагрева 4 и баллоном зоны охлаждения 5. Парлифтный узел выполнен в виде металлической трубки 3 диаметром 5 мм, которая закреплена на нижней шайбе 7 из фторопласта. Верхняя шайба 8 установлена на границе зоны охлаждения и имеет зазор с трубкой парлифтного узла. Теплоноситель 2 представляет собой при температуре 56^оС жидкую смесь из парафина и ацетона. Из термосифона удаляется неконденсирующийся газ.

Следует отметить, что приведенная на фиг. 2 конструкция заявляемого устройства существенно проще конструкции прототипа, так как представляет собой единый герметичный баллон, в котором смонтированы простые по своему исполнению детали. Конструкция в связи с этим является и более технологичной по сравнению с прототипом, так как не требует закачивания в баллоны инертных неконденсирующихся газов и обеспечения необходимых регулировок для перемещений парогазовых фронтов.

Результаты испытаний опытного образца конструкции (см. фиг. 2) показали, что при изменении мощности тепловыделений блока в 2 раза (от 7 до 14 Вт) и изменениях температур радиатора от +50^оС до О^оС температура блока изменялась относительно выбранной температуры стабилизации 56^о С на ±5^оС.

Таким образом, предлагаемое устройство термостатирования отличается упрощенной конструкцией и повышенной технологичностью по сравнению с существующими аналогами, функционирующими без применения подвижных узлов, специальных датчиков или исполнительных механизмов и внешних источников энергии.

Использование: изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для термостатирования тепловыделяющих блоков, преимущественно наземного базирования. Сущность изобретения заключается в том, что устройство термостатирования тепловыделяющих блоков содержит термосифон 1 с теплоносителем 2 и управляемый температурой блока 6 парлифтный пускатель. Последний выполнен в виде парлифтного узла 3 для переключения жидкой фазы теплоносителя от зоны нагрева к зоне охлаждения. Теплоноситель состоит из смешивающихся в жидкой фазе при температуре стабилизации компонентов. Один из компонентов при температуре стабилизации кипит, а другие при температуре ниже стабилизационной переходят в твердое состояние, причем в этом состоянии обладают низкой теплопроводностью. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство термостатирования тепловыделяющих блоков, содержащее термосифон, заполненный теплоносителем, и парлифтный узел, размещенный внутри термосифона, отличающееся тем, что парлифтный узел выполнен в виде двух перегородок с отверстиями из теплоизоляционного материала, разделяющих зоны нагрева и отвода тепла термосифона, и трубок с открытыми концами, установленных между перегородками в нескольких соосных отверстиях перегородок своими противоположными открытыми концами, а теплоноситель состоит из двух компонентов, один из которых жидкость, а другой твердый материал с низкой теплопроводностью и температурной плавления, не превышающей температуру стабилизации блока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве жидкости одного компонента теплоносителя использован ацетон, а в качестве твердого материала другого компонента теплоносителя парафин.