СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ Российский патент 2004 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к тепловым трубам для наземного и космического применения с регулируемой температурой зоны испарения.

Известен способ регулирования температуры тепловой трубы (ТТ) путем изменения ее проводимости с помощью резервуара, содержащего неконденсирующийся газ (НКГ) [1]. Резервуар сообщен с конденсатором тепловой трубы. Регулирование осуществляется за счет изменения длины и, соответственно, площади зоны конденсации ТТ. При росте тепловой нагрузки на испаритель ТТ происходит рост давления в ней, растет и давление в зоне НКГ, увеличивается зона конденсации, что приводит к стабилизации температуры в ТТ.

Недостатком данного способа регулирования является необходимость введения в рабочее пространство ТТ помимо собственно теплоносителя некоторого количества НКГ, что приводит к снижению теплофизических параметров ТТ помимо этого точное регулирование с точностью до 0,5... 1°С возможно лишь при небольших изменениях подводимых тепловых потоков (10...15% от максимального).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регулирования температуры зоны испарения ТТ путем присоединения к концу ее зоны конденсации резервуара, который заполняют неконденсирующимся при рабочей температуре ТТ газом [2]. Резервуар оснащают системой терморегулирования, обеспечивающей дозированный теплоподвод к нему и теплоотвод от него. Регулирование температуры зоны испарения ТТ осуществляют путем изменения и поддержания на заданном уровне давления в резервуаре НКГ, подводя или отводя тепло по сигналу от датчика температуры, который устанавливают на зоне испарения ТТ.

Недостатками данного способа является то, что в ТТ вводится НКГ и существует достаточно труднореализуемая связь датчика температуры с тепловыделением электронагревателя, что регулированию подвергается в первую очередь проводимость ТТ и, как следствие, температура ее зоны испарения, что невозможно одновременно регулировать температуры нескольких ТТ и что усложняется технология изготовления и заправки ТТ.

Предлагаемый способ регулирования ТТ свободен от недостатков аналога и прототипа, т.к. осуществляется регулирование давления насыщения в ТТ (а соответственно, температуры) непосредственно путем поддержания постоянным давления насыщения в тепловом гидравлическом аккумуляторе, присоединенном к зоне конденсации одной или нескольких ТТ.

Изобретением решается задача термостабилизации зоны испарения одной или нескольких тепловых труб, присоединенных к одному тепловому гидроаккумулятору, во всем диапазоне изменения подводимой тепловой нагрузки от 0 до Q_мах вне зависимости от возможного варьирования условий теплоотвода.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ, включающий операции испарения теплоносителя в зоне испарения ТТ нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в ТТ посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, согласно изобретению в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор (ТГА), объем которого рассчитывают по формуле V_тга ≥ 1,1V_{теплоносителя}, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки ТТ с ТГА, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятора

V_{теплоносителя} ≥ V_{тепл.трубы}+V_{соедин.трубопровода}+0,1V_тга.

Отличительными признаками данного способа регулирования являются установка ТГА с системой терморегулирования в конце зоны конденсации одной или нескольких ТТ, заполнение его теплоносителем ТТ и его насыщенным паром, поддержание давления насыщения в ТГА на заданном уровне при помощи дозированного теплоподвода и теплосброса по сигналу от датчика давления, установленного на ТГА.

Благодаря данному способу регулирования ведется непосредственное регулирование давления насыщения в ТТ, отпадает необходимость в напуске в ТТ посторонних компонентов (НКГ), снижаются требования по точности заправки ТТ, чистоте рабочего тела в ТТ, отсутствует зависимость точности регулирования от условий теплоотвода и диапазона изменения подводимой тепловой нагрузки, возможно одновременное регулирование температур нескольких ТТ. Предлагаемый способ регулирования иллюстрируется фиг.1.

К изображенной на фиг.1 тепловой трубе (1, 10) присоединен посредством трубопровода (2) тепловой гидроаккумулятор (3), заполненный теплоносителем (4) тепловой трубы и его насыщенным паром (5). В зоне испарения тепловой трубы установлен источник теплоты (6). Тепловой гидроаккумулятор, присоединенный к ТТ, снабжен датчиком давления (7) и связан с системой терморегулирования (8), имеющей обратную связь (9), обеспечивающую постоянство давления насыщения в ТГА при различных подведенных к зоне испарения ТТ тепловых нагрузках и условиях теплоотвода от зоны конденсации ТТ.

Регулирование температурного уровня зоны испарения ТТ осуществляется следующим образом. При работе ТТ (1, 10) давление насыщенного пара (5) в ТГА(3) поддерживается все время постоянным при помощи системы терморегулирования (8) ТГА. Соответственно, и температура насыщения рабочего тела в ТТ поддерживается постоянной, т.е. температура фазового перехода в зоне испарения ТТ становится постоянной при различных тепловых нагрузках независимо от условий теплоотвода. Постоянство температуры насыщения рабочего тела в ТТ приводит к постоянству температуры зоны испарения ТТ. Теплоноситель под действием подводимой к зоне испарения тепловой нагрузки от источника теплоты (6) испаряется и в виде пара движется по паровому каналу ТТ к зоне конденсации ТТ, где конденсируется, отдавая тепло. Образовавшийся конденсат под действием капиллярных сил возвращается в зону испарения.

При увеличении тепловой нагрузки на зону испарения ТТ происходит увеличение количества пара в паровой полости ТТ. В нерегулируемых тепловых трубах именно из-за этого увеличения количества пара происходит рост давления насыщения, приводящий к увеличению температуры зон испарения и конденсации. При установке ТГА (3) происходит вытеснение части жидкости из паровой полости ТТ в ТГА, начинается рост давления насыщения в ТГА, связанный с изменение объема жидкости, одновременно с этим по сигналу от датчика давления (7) происходит увеличение теплоотвода от ТГА, приводящее к конденсации части пара в ТГА, и не наблюдается рост давления насыщения внутри ТТ. В результате давление насыщения в ТГА (и, соответственно, в ТТ) остается постоянным, поэтому температура зоны испарения ТТ остается постоянной вне зависимости от тепловой нагрузки на зону испарения и теплоотвода от зоны конденсации ТТ. Аналогичные процессы протекают в ТТ при снижении тепловой нагрузки.

При проведении испытаний на аммиачных тепловых трубах получена термостабилизация зоны испарения ТТ с точностью ±1°С при тепловых нагрузках от 5 до 240 Вт. На фиг.2 приведены значения давления в ТГА и температур по зонам ТТ в процессе экспериментальной отработки. На верхнем графике изображено изменение подводимой к зоне испарения ТТ тепловой нагрузки по времени, на среднем - изменение температур зон испарения (Т1), транспортной (Т3) и конденсации (Т5), на нижнем - давление в ТГА. Из данных графиков видно, что при изменении тепловой нагрузки на зону испарения ТТ температура зоны испарения остается постоянной. Также показано, что возможно осуществление задания требуемой температуры зоны испарения путем изменения и поддержания на заданном уровне давления в ТГА при помощи системы терморегулирования ТГА.

Источники информации

1. Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. - М.: Энергия, 1979, стр. 181.

2. Там же, с. 182 и 183.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в тепловых трубах для наземного и космического применения с регулируемой температурой зоны испарения. Заявленный способ регулирования температуры тепловой трубы включает испарение теплоносителя в зоне испарения нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в тепловой трубе посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, причем в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор, объем которого рассчитывают по формуле V_тга ≥ 1,1V_{теплоносителя}, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования с обратной связью по давлению насыщения, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки тепловой трубы с тепловым гидроаккумулятором, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятора V_{теплоносителя} ≥ V_{тепл.трубы}+V_{соедин.трубопровода}+0,1V_тга. Изобретение позволяет добиться термостабилизации зоны испарения одной или нескольких тепловых труб, присоединенных к одному тепловому гидроаккумулятору, во всем диапазоне изменения подводимой тепловой нагрузки от 0 до Q_мах вне зависимости от возможного варьирования условий теплоотвода. 2 ил.

Способ регулирования температуры тепловой трубы, включающий испарение теплоносителя в зоне испарения нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в тепловой трубе посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, отличающийся тем, что в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор, объем которого рассчитывают по формуле V_тга ≥ 1,1V_{теплоносителя}, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования с обратной связью по давлению насыщения, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки тепловой трубы с тепловым гидроаккумулятором, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятора

V_{теплоносителя} ≥ V_{тепл.трубы}+V_{соедин.трубопровода}+0,1V_тга.