МАГНИТОЖИДКОСТНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Российский патент 2015 года по МПК F28D15/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре в случаях, когда требуется охлаждение отдельных элементов, а отвод теплоты с помощью стока или радиатора, расположенного непосредственно у охлаждаемого элемента, может оказаться неудобным или нежелательным.

Известна тепловая труба с капиллярной структурой в виде артерии [1], содержащая частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации. Данное устройство позволяет за счет фазовых переходов теплоносителя в зонах испарения и конденсации передавать большое количество теплоты. Для возврата теплоносителя в жидком виде в зону испарения используется капиллярная структура.

Известно устройство [2], содержащее герметичный контур, заполненный ферромагнитной жидкостью, с зонами нагрева и охлаждения и источник магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем создания неоднородного магнитного поля, контур выполнен в виде заглушенного с торцов цилиндрического канала, а ось диполя источника магнитного поля размещена вдоль оси канала.

Известна магнитная тепловая труба [3], содержащая частично заполненный легкокипящей жидкостью-теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, в последней из которых расположена магнитная система, выполненная в виде постоянных пластинчатых магнитов. При подводе тепла к испарительной зоне теплоноситель кипит и испаряется. Частицы пара поднимаются вверх, заполняя зазор между полюсами магнитов, омагничиваются и, притягиваясь к полюсам магнитов, коагулируются на их поверхностях, отдавая магнитам свое тепло, а сами, сливаясь между собой, образуют капельную жидкость, которая стекает в основание тепловой трубы, где вновь кипит и испаряется. Тепло от магнитов отводится выступающими наружу концами. Предлагаемая конструкция ускоряет осаждение пара, что интенсифицирует процесс теплопередачи.

Недостатком является то, что устройство работоспособно в условиях воздействия гравитации, пока зона испарения находится ниже зоны конденсации и неработоспособно в невесомости, т.к. коагулированная магнитная жидкость возвращается в зону испарения под действием силы тяжести, кроме того, капли коагулированной магнитной жидкости также притягиваются магнитами, что препятствует их возвращению в зону испарения, что может привести к пересыханию зоны испарения и потере работоспособности тепловой трубы при недостатке рабочей жидкости.

Наиболее близким по назначению и устройству техническим решением является магнитожидкостная тепловая труба [4], содержащая частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью, герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы, предназначенного для намотки поверх него электромагнитной катушки индуктивности, создающей неоднородное постоянное магнитное поле, с градиентом направленным вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, и размещения внутри него артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы. Изобретение обеспечивает эффективную работу магнитожидкостной тепловой трубы в любом положении при воздействии сил гравитации и в невесомости.

Недостатком является то, что неоднородность магнитного поля в данной конструкции можно создать только за счет увеличения плотности и толщины намотки катушки индуктивности по длине фитиля по направлению градиента магнитного поля. Следовательно, диаметр поперечного сечения электромагнитного артериального фитиля должен увеличиваться по мере приближения к зоне испарения. Поэтому корпус устройства необходимо изготавливать либо из трубы большего диаметра, либо из трубы переменного диаметра. Необходимость применения труб переменного сечения и необходимость использования катушки индуктивности с переменной толщиной намотки отрицательно сказываются на технологичности изготовления устройства.

Задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров электромагнитного артериального фитиля и магнитожидкостной тепловой трубы в целом, повышение технологичности при их изготовлении. Требуемый технический результат состоит в том, чтобы обеспечить возможность транспортировки сконденсированной рабочей жидкости из зоны конденсации к зоне испарения в любом положении тепловой трубы при воздействии сил гравитации и в невесомости в отличие от наиболее близкой к ней известной.

Требуемый технический результат достигается тем, что в магнитожидкостной тепловой трубе в отличие от наиболее близких к ней известных для возврата рабочей магнитной жидкости из зоны конденсации в зону испарения совместно с капиллярной структурой используется не артериальный электромагнитный фитиль, создающий неоднородное постоянное магнитное поле за счет увеличения толщины и плотности намотки, а артериальный электромагнитный фитиль с электромагнитной системой, создающей бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле за счет применения нескольких включаемых последовательно однотипных катушек индуктивности.

Для достижения требуемого технического результата предлагаемая магнитожидкостная тепловая труба (см. фиг. 1) содержит частично заполненный теплоносителем-магнитной жидкостью, герметичный цилиндрический корпус 1 с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль 2, расположенный на внутренней стенке корпуса 1, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса 1 соосно с ним, состоящий из защитного корпуса 3, корпуса-основы 4, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами 5 электромагнитных катушек индуктивности 6, создающих бегущее магнитное поле вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, и размещения внутри него артериального фитиля 7, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы.

Магнитожидкостная тепловая труба работает следующим образом: тепло, подводимое к зоне испарения магнитожидкостной тепловой трубы через корпус 1, передается теплоносителю - магнитной жидкости, вызывает кипение и испарение магнитной жидкости. За счет перепада давления частички магнитной жидкости в виде пара переносятся по паровому каналу через зону транспортировки в зону конденсации. Здесь пар, отдавая тепло, конденсируется на внутренней стенке корпуса 1 магнитожидкостной тепловой трубы в магнитную жидкость. Далее под действием капиллярного напора, создаваемого фитилем 2 и артериальным фитилем 7, а также под действием направленного вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы бегущего в сторону зоны испарения магнитного поля, создаваемого электромагнитной системой из нескольких последовательно подключаемых катушек индуктивности 6, перекачивается в зону испарения. Магнитная жидкость снова испаряется, и цикл тепло- и массопереноса повторяется, обеспечивая работу магнитожидкостной тепловой трубы с электромагнитным артериальным фитилем меньших габаритных размеров и постоянным по длине диаметром поперечного сечения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Дан П.Д. Тепловые трубы: пер. с англ. / П.Д. Дан, Д.А. Рей: - М.: Энергия, 1979. - 272 с.: ил.

2. Скрябин В.В. Патент №515020 на изобретение «Теплопередающее устройство (Heat transfer unit)» F28D 15/00. 1976.

3. Авторское свидетельство СССР №1778487, F28D 15/02. 1992.

4. Сова А.Н. Патент РФ №2433368 на изобретение «Магнитожидкостная тепловая труба» / А.Н. Сова, Р.Б. Борисов, Д.А. Сидоров. F28D 15/00. 2011.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре. Магнитожидкостная тепловая труба, содержащая частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы из немагнитного материала, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами электромагнитных катушек индуктивности, создающих внутри артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы, размещенного в корпусе-основе, бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле, направленное вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы. Изобретение позволяет уменьшить габариты электромагнитного фитиля и обеспечить большую технологичность при изготовлении магнитожидкостной тепловой трубы, работающей в любом положении при воздействии сил гравитации и в невесомости. 1 ил.

Магнитожидкостная тепловая труба, состоящая из частично заполненного теплоносителем - магнитной жидкостью - герметичного цилиндрического корпуса с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиля, расположенного на внутренней стенке корпуса, артериального электромагнитного фитиля, жестко закрепленного внутри корпуса соосно с ним, состоящего из защитного корпуса, корпуса-основы с размещенным внутри него артериальным фитилем, соединяющим торцевые стенки цилиндрического корпуса, отличающаяся тем, что на корпусе-основе последовательно по всей его длине располагаются несколько однотипных электромагнитных катушек индуктивности, отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами.