Капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы Советский патент 1983 года по МПК F28D15/04 

(54) КАПИЛЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ЗОНЫ ИСПАРЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым трубам, работа которых основана на действии исключительно капиллярных сил, и предназначено для повышения теплопереданлоей Способности тепловых труб, в частности,для увеличения снимаемых удельных тепловых потоков.

Известна тепловая труба, зона испарения которой выполнена в виде толстостенного стакана из мелкодисперсного спеченного порошка (размер частиц 0,5-1 мкм и пористость 50%). В стенках стакана имеются пароотводные каналы, ориентированные вдоль его оси. К одному из торцов стакана, выполненному также из мелкодисперсного спеченного порошка, подводится жидкость из зоны конденсации, епловой поток подводится к боковой поверхности стакана. Граница раздела жидкость-пар расположена приблизительно по окружности, проходящей через пароотводные каналы. В этой схеме осуществлен нетрадиционный подвод тепла к границе раздела жидкость-пар через осушенную капиллярную структуру. Такой подвод исключает возмож-, ность вскипания теплоносителя с последующим нарушением снабжения им гра-

ницы раздела жидкость-пар. Большой капиллярный напор мелкодисперсной капиллярной структуры позволяет поднимать жидкость на большую высоту (до 6 M)I.

Недостатком известной трубы является то, что передача больших тепловых потоков в ней ограничена большими потерями давления при просачива10нии жидкости и пара сквозь мелкие поры. Для уменьшения этих потерь необходимо уменьшать толщину стенки стакана, что трудно выполнить технологически, а также в силу самой

15 конструкции. Такая зона испарения имеет большой капиллярный напор, но и большое гидравлическое сопротивление.

Известна также тепловая труба,

20 у которой внутрь вставлены соприкасающиеся с внутренней стенкой шайбы из сплошного и пористого материала с чередованием их между.собой. Отверстия шайб имеют, форму многоконеч25ных звезд, так что при сборке их в трубе образуются канавки треугольного профиля. В образованную полость вставляется сплошная гомогенная артерия из капиллярно-пористого мате30риала, соприкасакнцаяся с вершинаии

зубцов. Пар привыходе его из артерии собирается в канавках и транспортируется в зону конденсации 2j.

Недостатком такой конструкции является ее ограниченность по перед ваемому тепловому потоку, во-первых вследствие больших потерь давления при движении пара по канавкам, возникакядих при сочетании его больших скоростей с малыми поперечными размерами канавки, и, во-вторых, вслед |ствие довольно низкого капиллярного напора войлочной артерии. Применени пористых шайб.не играет определяюще роли, так как очень велика вероятность осушения места их контакта с артерией. Таким образом, эта зона испарения имеет более низкий капил.лярный напор по сравнению с предыдущей и относительно большое гидравлическое сопротивление.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы, выполненная в виде продольных ребер из капиллярнопористого материала, расположенных на внутренней поверхности зоны испарения 3.

Недостатком известной капиллярной структуры являет.ся невысокая удельная тепловая нагрузка.

Цель изобретения - повышение удельной-тепловой нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что ребра в основании имеют мелкопористый и крупнопористый слои последний из кдторых имеет контакт с поверхностью зоны испарения, причем слои имеют следующие характеристики:

алл (0,005 - 0,1}(3к, (Гм(0,005 0l)f)pH (f (0,3 - 0,005)iip,

где d - диаметр пор мелкопористог

слоя,(Зь диаметр пор крупнопористо

слоя; С) - толщина мелкопористого

слоя;

V- высота ребра; (С- толщина крупнопористого

слоя.

При этом поверхность ребер, кроме поверхности основания, снабжена покрытием из мелкопористого материаJ a. .

. На фиг. 1 изображена предлагаемая капиллярно-пористая структура, на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы выполнена в виде продольных ребер 1 из капиллярнпористого материала, расположенных на внутренней поверхности зоны 2 испарения, ребра 1 в основании имеют мелкопористый- 3 и крупнопористый

4 слои, последний из которых имеетконтакт с поверхностью зоны 2 испарения, причем слои имеют следующие характеристики: d/w ( О, 005-0 ,lj)dn , CL. (0,005 - 0,l)lip и d2 (0,3 - 0,005)iip.

Поверхность ребер 1, кроме поверхности основания, может быть снабжена покрытием 5 из мелкопористого материала.

Чтобы получить максимальный эффек от предлагаемой капиллярной структуры, диаметр пор мелкопористого слоя должен быть как можно меньше, но при ,этом не должен быть соизмерим с размерами пор крупнопористого слоя 4, так как в этом случае эффективность такой капиллярной структуры резко падает. Существуют мелкопористые капиллярные структуры из спеченных порошков, которые имеют диаметр пор порядка 1 мкм.

В .то же время наиболее широко применяются в тепловых трубах капиллярные структуры, обеспечивающие траспорт теплоносителя, с размерамипор от нескольких десятков до нескольких сотен микрон, т. е. на 2-2,5 порядка больше реально существующих минимальных пор. Исходя из этого, диаметр пор мелкопористого слоя следует выбирать в диапазоне О,005-0,idj Толщина мелкопористого слоя также должна быть как можно меньше из соображений уменьшения гидравлических потерь при просачивании жидкости через него. Но получение сверхтонкого слоя сопряжено пока с большими технологическими трудностями, поэтому наиболее реальный диапазон для толщины мелкопористого слоя составляет 0,005-0 ,1 lip . Из этих же соображений рекомендуется выбират толщину крупнопористого слоя в диапазоне О, 3-0,005Ьр .

Капиллярная cTpykTypa работает следующим образом.

В режиме испарения структура работает как обычные ребра из монодисперсной капиллярной структуры. При наступлении режима кипения крупнопористый слой 4 осушается и далее с ростом тепловой нагрузки он работает как проводник тепла к поверхности раздела пар-жидкостк, которая образуется на мелкопористом слое 3. Одновременно через крупнопористый слой 4 осуществляется выход пара ; в паровое пространство. Мелкопористый слой 3 не дает пробиться пару в полость ребра 1 в силу своего высокого гидравлического сопротивления Таким образом, гидродинамика теплоносителя по .ребру 1 не нарушается и предлагаемая капиллярная структура способна работать в высоконапряженном режиме до достижения капиллярного предела, определяемого мелкопоРИС1ЫМ слоем 3. , Экономич еский эффект, получаемый при применении предлагаемой капиллярной структуры, заключается в создании тепловых труб, обладающих высокой теплопередающей способностью. Формула изобретения «1. Капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы, выполненная в виде .продольных ребер из капиллярно-пористого материала, расположенных на внутренней поверхности зоны испарения, отличающаяся тем, что, с целью повышения удельной тепловой нагрузки, ребра в основании имеют мелкопористый и крупнопористый СЛОИ, последний из которых имеет кон такт с поверхностью зоны испарения, причем сэтои имеют следующие характеристики: dm (0,005 - 0,1) dK , (f { n,005-0,l)fp и ,3-0,005)|1р диаметр пор мелкопористого слоя; диаметр пор крупнопористого слоя, толщина мелкопористого слоя ; высота ребра; толщина крупнопористого слоя, 2. Структура по п. 1, отлиающаяся тем, что поверхсть ребер, кроме поверхности оснония, снабжена покрытием из мелкоистого материала. Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 495,522, кл. F 28 D 15/00, . 2.Авторское свидетельство СССР 708750, кл. F 28 D 15/00, 1979. 3.Патент США 3587725, . 165-105, опублик. 1968.