ИСПАРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ Российский патент 2001 года по МПК F28D15/04 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к тепловым трубам, и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов с плоской контактной поверхностью.

Известна плоская испарительная камера тепловой трубы. Камера содержит корпус с плоской контактной поверхностью, в котором наряду с капиллярной структурой использована гофрированная вставка, расположенная между торцевой стенкой камеры и капиллярной структурой, для повышения термодинамической эффективности на гофрах вставки в зоне контакта корпуса с капиллярной структурой выполнены сквозные прорези, сообщающиеся с паровыми каналами [1].

Недостатком такой испарительной камеры является повышенное термическое сопротивление в зоне теплообмена, поскольку между капиллярной структурой и стенкой введен элемент, обладающий дополнительным термическим сопротивлением.

Известна также испарительная камера тепловой трубы, имеющая плоский корпус, включающий боковую и две торцевые стенки и расположенную внутри корпуса капиллярно-пористую насадку. Насадка прилегает к боковой и торцевым стенкам камеры на части их длины, имеет кольцевую периферийную полость, сообщающуюся с паропроводом, и центральную полость, сообщающуюся с конденсатопроводом. Насадка снабжена также пароотводными каналами, связывающими термоконтактную поверхность, образованную частью, по крайней мере, одной из торцевых стенок камеры и прилегающей к ней поверхностью насадки, с периферийной полостью, выполняющей роль парового коллектора [2].

Недостатком такой испарительной камеры являются, во-первых, недостаточно развитая поверхность зоны испарения ввиду ограниченного числа пароотводных каналов, во-вторых, повышенное гидравлическое сопротивление из-за необходимости фильтрации жидкости в насадке из центральной полости вдоль обогреваемой поверхности и, в-третьих, невозможность использования всей торцевой поверхности испарительной камеры для подвода тепловой нагрузки.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является испарительная камера контурной тепловой трубы, имеющая также плоскую форму. Испарительная камера включает корпус с боковой стенкой, двумя торцевыми стенками и расположенную внутри него капиллярно-пористую насадку, прилегающую к боковой стенке и, по крайней мере, к одной из торцевых стенок с осевым каналом, проходящим через нее, и образующую выступ, прилегающий ко второй торцевой стенке. Капиллярно-пористая насадка снабжена системой пароотводных каналов в виде концентрических проточек на внутренней поверхности торцевой термоконтактной стенки, выполненной в виде фланца, и радиальными проточками на прилегающей к ней поверхности капиллярно-пористой насадки, сообщающихся с паровым коллектором и полостью для аккумулирования рабочей жидкости, соединенной с конденсатопроводом [3].

Недостатком такой испарительной камеры является относительно низкое сопротивление упругой деформации торцевых стенок при значительном избыточном давлении паров рабочей жидкости внутри камеры, поскольку стенка сквозного осевого канала, представляющего собой тонкостенную трубку, не способна выдерживать высокие напряжения при упругой деформации.

Кроме того, недостатком является возможность перетечек пара вдоль боковой поверхности капиллярно-пористой насадки из зоны испарения в зону аккумулирования рабочей жидкости, поскольку протяженность контакта боковой поверхности капиллярно-пористой насадки с боковой стенкой камеры относительно мала.

В основу изобретения положена задача создания испарительной камеры контурной тепловой трубы, конструкция которой позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от теплонапряженных элементов с плоской формой при повышении надежности ее работы за счет увеличения сопротивления упругой деформации торцевых стенок.

Поставленная задача решается тем, что испарительная камера контурной тепловой трубы, имеющая плоскую форму, содержащая корпус, включающий боковую стенку, две торцевые стенки, расположенную внутри капиллярно-пористую насадку, прилегающую к боковой стенке и, по крайней мере, к одной из торцевых стенок и образующую выступ, прилегающий ко второй торцевой стенке, снабженную системой пароотводных каналов, образованных концентрическими проточками на внутренней поверхности торцевой термоконтактной стенки, выполненной в виде фланца, и проточками на прилегающей к ней поверхности капиллярно-пористой насадки, сообщающихся с паровым коллектором, и полостью для аккумулирования рабочей жидкости, соединенной с конденсатопроводом, снабжена стержнем, расположенным вдоль центральной оси камеры, укрепленным на ее торцевых стенках, насадка имеет дополнительный выступ, прилегающий к боковой стенке и к внутренней торцевой стенке камеры, и полость для аккумулирования рабочей жидкости расположена между капиллярно-пористой насадкой, ее выступом и второй торцевой стенкой.

При этом:
паровой коллектор расположен в боковой поверхности насадки, прилегающей к термоконтактной стенке;
на боковой поверхности стержня со стороны термоконтактной стенки выполнены мелкие резьбовые проточки;
на поверхности капиллярно-пористой насадки, находящейся в контакте со стержнем, выполнена, по крайней мере, одна проточка, сообщающаяся, по крайней мере, с одной из проточек на термоконтактной поверхности капиллярно-пористой насадки.

Снабжение камеры стержнем, расположенным внутри нее, вдоль центральной оси камеры, укрепленным на ее торцевых стенках, позволило увеличить сопротивление упругой деформации торцевых стенок при значительном избыточном давлении паров рабочей жидкости внутри камеры и тем самым повысило надежность ее работы.

Для уменьшения теплового потока, проникающего по стержню внутрь испарителя, и увеличения испаряющей поверхности капиллярно-пористой насадки на поверхности стержня выполнены мелкие резьбовые проточки, а на поверхности капиллярно-пористой насадки, находящейся в контакте со стержнем, выполнена, по крайней мере, одна продольная проточка, сообщающаяся с одной из проточек на термоконтактной поверхности капиллярно-пористой насадки.

Тепловой поток, распространяющийся по стержню внутрь испарителя, вызывает испарение жидкости из капиллярно-пористой насадки, охватывающей стержень. Испарение происходит внутрь резьбовых проточек, по которым пар попадает в продольную проточку, затем в проточку на контактной поверхности капиллярно-пористой насадки, в паровой коллектор и паропровод.

Все это позволило исключить возможность перетечек пара вдоль боковой поверхности насадки из зоны испарения в зону аккумулирования жидкости и обеспечить эффективный отвод тепла от теплонапряженных элементов с плоской поверхностью при повышении надежности работы камеры.

На фиг. 1 представлен вертикальный разрез плоской испарительной камеры контурной тепловой трубы.

На фиг. 2 изображен фрагмент плоской испарительной камеры контурной тепловой трубы.

Испарительная камера согласно изобретению содержит корпус, включающий боковую стенку 1, а также первую 2 и вторую 3 торцевые стенки. Первая торцевая стенка 2 выполнена в виде фланца с отверствиями 4 для крепления охлаждаемых объектов. Внутри корпуса размещена капиллярно-пористая насадка 5, прилегающая к торцевой стенке 3, образующая выступ 6, прилегающий к боковой стенке 1, и выступ 7, прилегающий к центральному стержню 8, скрепляющему торцевые стенки 2 и 3. На внутренней поверхности торцевой стенки 2 выполнены пароотводные каналы в виде мелких кольцевых проточек 9, а на прилегающей к ней поверхности насадки 5 - пароотводные каналы в виде продольных проточек 10. Кольцевые проточки 9 и продольные проточки 10 образуют единую сообщающуюся между собой и паровым коллектором 11 систему каналов для отвода пара в паропровод 12. Внутренняя поверхность насадки 5 и торцевая стенка 3 образуют полость 13 для аккумулирования рабочей жидкости, которая сообщается с конденсатопроводом 14 контурной тепловой трубы. На боковой поверхности стержня 8 выполнены мелкие резьбовые проточки 15, и на поверхности капиллярно-пористой насадки 5, находящейся в контакте со стержнем 8, выполнена, по крайней мере, одна продольная проточка 16, сообщающаяся, по крайней мере, с одной из проточек 10 на термоконтактной поверхности капиллярно-пористой насадки 5.

При подводе тепловой нагрузки к первой торцевой стенке 2 рабочая жидкость испаряется из насадки 5 в кольцевые проточки 9, отсюда пар попадает в продольные проточки 10, затем движется в конденсатор контурной тепловой трубы (на чертеже не показан). После конденсации жидкий теплоноситель по конденсатопроводу 14 поступает в полость 13 для аккумулирования рабочей жидкости, из которой обеспечивается подпитка насадки 5. При использовании жидкости с высоким давлением пара при рабочей температуре, например аммиака, имеющего давление 10 атм при температуре 60^oC, прогиба относительно тонких торцевых стенок 2 и 3 не происходит благодаря наличию центрального стержня 8, принимающего на себя растягивающую нагрузку. Выступы 6 и 7 насадки 5, плотно прилегающие к стержню 8, боковой стенке 1 и торцевой стенке 3, предотвращают перетечку пара из зоны испарения, образованной проточками 9 и 10, в емкость 13 для аккумулирования рабочей жидкости. Одновременно выступы 6 и 7 насадки 5 выполняют роль капиллярных артерий, обеспечивающих подпитку насадки 5 при такой ориентации испарительной камеры, когда зона испарения занимает верхнее положение в земных условиях и при любых ориентациях, когда контурная тепловая труба работает в невесомости.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1815584, кл. F 28 D 15/04, 1993 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 495522, кл. F 28 D 15/04, 1975 г.

3. Патент РФ N 2101644, кл. F 28 D 15/02, 1998 г.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, в частности в тепловых трубах, для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов с плоской контактной поверхностью. Испарительная камера контурной тепловой трубы содержит корпус, включающий боковую стенку, две торцевые стенки, расположенную внутри капиллярно-пористую насадку, прилегающую к боковой стенке и, по крайней мере, к одной из торцевых стенок и образующую выступ, прилегающий ко второй торцевой стенке, снабженную системой пароотводных каналов, образованных концентрическими проточками на внутренней поверхности торцевой термоконтактной стенки, выполненной в виде фланца, и проточками на прилегающей к ней поверхности капиллярно-пористой насадки, сообщающихся с паровым коллектором, и полостью для аккумулирования рабочей жидкости, соединенной с конденсатопроводом, кроме того, она снабжена стержнем, расположенным внутри нее вдоль центральной оси камеры, укрепленным на ее торцевых стенках. Насадка имеет дополнительный выступ, прилегающий к боковой стенке и ко второй торцевой стенки камеры. Полость для аккумулирования рабочей жидкости расположена между капиллярно-пористой насадкой, ее выступами и второй торцевой стенкой. Изобретение направлено на обеспечение эффективного отвода тепла от теплонапряженных объектов с плоской формой при повышении надежности работы тепловой трубы. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Испарительная камера контурной тепловой трубы, имеющая плоскую форму, содержащая корпус, включающий боковую стенку, две торцевые стенки, расположенную внутри капиллярно-пористую насадку, прилегающую к боковой стенке и, по крайней мере, к одной из торцевых стенок и образующую выступ, прилегающий ко второй торцевой стенке, снабженную системой пароотводных каналов, образованных концентрическими проточками на внутренней поверхности торцевой термоконтактной стенки, выполненной в виде фланца, и проточками на прилегающей к ней поверхности капиллярно-пористой насадки, сообщающихся с паровым коллектором, и полостью для аккумулирования рабочей жидкости, соединенной с конденсатопроводом, отличающаяся тем, что испарительная камера снабжена стержнем, расположенным внутри нее вдоль центральной оси камеры, укрепленным на ее торцевых стенках, насадка имеет дополнительный выступ, прилегающий к боковой стенке и ко второй торцевой стенке камеры, и полость для аккумулирования рабочей жидкости расположена между капиллярно-пористой насадкой, ее выступами и второй торцевой стенкой. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что паровой коллектор расположен в боковой поверхности насадки, прилегающей к термоконтактной стенке. 3. Камера по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что на боковой поверхности стержня со стороны термоконтактной стенки выполнены мелкие резьбовые проточки. 4. Камера по пп.1-3, отличающаяся тем, что на поверхности капиллярно-пористой насадки, находящейся в контакте со стержнем, выполнена, по крайней мере, одна продольная проточка, сообщающаяся, по крайней мере, с одной из проточек на термоконтактной поверхности капиллярно-пористой насадки.