Тепловая труба Советский патент 1991 года по МПК F28D15/04 

Изобретение относится к теплопередающим устройствам и может быть использовано в системах охлаждения оборудовани я, работающего в импульсно-пёриодическом режиме, например, в системах терморегулирования радиоэлектронного оборудования космических аппаратов.

Известна тепловая труба, основанная на каскадном соединении отдельных секций.

Недостатком устройства является его высокое термическое сопротивление, обусловленное перепадами тем-, ператур в местах контактов секций,а также увеличение веса и сложности изготовления конструкции.

Известна также тепловая труба, в зоне конденсации которой имеется

аккумулирующая капилля;рная струкТУРЗо ., ;... .- : ,, . ,

Поглощая избыток 1«идкости, аккумулирующая структур способствует повышению коэффициента теплоО 00 00 00 отдачи в зоне конденсации. Однако теплопере-дающая Мощность такой тру6а мала, так как ограничена транспортными возможностями фитиля, доставляющего жидкость из зоны конденсации в зону испарения.

Цель изобретения - увеличение теплопередающей мощности тепловых труб, работающих в импульсно-периодиче ском режиме. .

Это достигается тем, что в тепловой трубе, содержащей частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации

и адиабатической зоной между ними, фитиль,раамещенный нэ стенках корпуса, и аккумулирующую капиллярную структуру, капиллярный потенциал которой ниже капиллярного потенциала фитиля, аккумулирующие капиллярные структу-. ры, расположены в зонах испарения и конденсации и(или) в примыкающих к ним со стороны, противоположной адиабатической зоне, участках корпуса, причем капиллярный потенциал аккумулирующей структуры зоны испарения выше капиллярного потенциала аккумулирующей структуры зоны конденсации.

На фиг.1 изображена тепловая труба с аккумулирующими структурами, раположенными в зонах испарения, конденсации и в примыкающих к ним зонах; на фиг.2 -.сечения А-А фиг. 1; на фиг. 3 - тепловая труба с аккумулирующими структурами в зонах испарения и конденсации; на фиг. схема движения теплоносителя в рабочий период в тепловой трубе с аккумулирующими структурами, расположенными в участках, примыкающих к зонам испарения t-; конденсации , на фиг ij схема движения теплоносителя в нерабочий период.

Тепловая труба содержит частично заполненный теплоносителем герметичный корпус 1 с зоной испарения 2, адиабатической зонбй 3 и зоной конденсации о На стенках корпуса размещены фитиль 5 и аккумулирующие капиллярные структуры 6 и 7, причем капиллярный потенциал аккумулирующей структуры 6 зоны испарения выше потенциала аккумулирующей структуры 7 зоны конденсации. Капиллярные потенциалы аккумулирующих структур 6 и 7 ниже потенциала фитиля 5. Аккумулирующие структуры 6 и 7 выполнены в виде вставок и расположены в зонах испарения 2 и конденсации и (или) в примыкаюи4их к ним учлстках корпуса 1. Расположенные в зонах испарения 2 и конденсации k аккумулирующие структуры 6 и 7 соединены с фитилем 5 капиллярными перемычками 8.

Аккумулирующие структуры могут иметь различное конструктивное исполнение. Наиболее простой вариант однородные, например спеченные, металловолокнистые или порошковые структуры, 8 них могут быть выполнены цилиндримеские перфорации, которые являются дополнительными резервуарами, аккумулирующими теплоноситель.

I Причем радиус перфораций в зоне испарения 2 должен быть меньше, чем в зоне конденсации .

Аккумулирующие резервуары могут быть образованы системой пористых эранов, разделенных пористыми дистанционаторами или системой пористых экранов, между которыми расположена гофрированная сетка Такая аккумулирующая структура образуется, например, при спиральном свертывании сетки с проло кениымй дистанционаторами или гофрированной сеткой.

Тепловая труба работает следующи образом.

Перед началом рабочего периода заполняют теплоносителем аккумулиРУЮ1ЧУЮ структуру 6 зоны испарения 2 и фитиль 5. При этом аккумулирующая структура 7 зоны конденсации k свободна от теплоносителя Давление жидкой фазы теплоносителя ниже давления насыщения на величину, определяемую капиллярным потенциалом структуры 7. При подводе мощности к тепловой трубе теплоноситель в зоне 2 испаряется, что приводит к понижению на данном участке капиллярного давления жидкости в фитиле 5. Так как капиллярный потенциал фитиля 5 выше потенциала аккумулирующей струк туры 6, теплоноситель под действием капиллярных сил поступает в фитиль 5 зоны испарения преимущественно из структуры 6, расположенной рядом или непосредственно в зоне испарения 2, Паровая фаза теплоносителя направляется в зону , где конденсируется и собирается преимущественно в аккумулирующей структуре 7, расположенной рядом или непосрелственно в зоне конденсации „ Таким образом в рабочий период теплоноситель расходуется из аккумулирующей структуры 6 и собирается в аккумулирующую структуру 7. В конце рабочего периода теплоноситель заполняет структуру 7, зоны конденсации и фитиль 5, а аккумулирующие резервуары структуры 6 осушены.

Возврат теплоносителя осуществляется преимущественно в нерабочий период, Korf.a тепловая труба не нагружена. Вследствие разности капиллярных потенциалов структур теплоноситель возвращается из аккумулирующей структуры 7 зоны конденсации в аккумулирующую структуру 6 зоны испарения по фитилю 5. При этом аккумули- рующие резервуары структуры 6 запелняются. Время восстановления рабо- . тоспособности тепловой трубы зависит от ее длины, характеристик аккумулирующих структур и пристенного фити ля , а также количества аккумулирую-щего теплоносителя и его свойств. Если продолжительность рабочего лериода -,, а нерабочего , тослучае отсутствия массовых сил соотношение между капиллярными потёнциалами и аккумулирующих структур зон испарения 2 и конденсации k определяется следующим образом . -g ьй «Ри.-Чк jfrKlTj О , - теплота испарения, пло кость и кинематическая вязкость жидкой фазыы. теплоносителя , Q - мощность тепловой Tjjyбы;L - расстояние между аккумулирующими структурами К - коэффициент проницаемо сти} F - площадь поперечного се чения пристенного фити ля. Капиллярный потенциал согласно определению выражается зависимостью: Cf 2б где Q - угол смачивания, R - эффективный радиус пор, в которых аккумулируется теплоноситель (в случае исполнения аккумулирующих резервуаров в виде цилиндрических перфораций совпадает с радиусом перфораций) , Из соотношения (l) следует, .что чем больше разность капиллярных потенциалов между аккумулирующими структурами и меньше отношение продолжительности рабочего и нерабочего периодов, тем большую мощность и на большее расстояние способна передать тепловая труба. В связи с тем, что теплоноситель в рабочий период поступает в зону испарения 2 из аккумулирующей структуры 6, расположенной рядом или непосредственно в этой зоне, мощность тепловой тру не связана с транспортн(9ми возможностями фитиля 5 и может быть велика даже при значительном удалении зоны конденсац««1. : Следовательно, описываемая труба позволяет передать в импулъсно-лериодическом режиме работы существенно более высокую мощность, чем тепловые трубы обычной конструкции. Существенно уменьшаются высокогабаритные характеристики систем охлаждения.

ТЕПЛОВАЯ ТРУБА, содержащая частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зойями исПсфения и конденсации и адиабатической зоной между ними, фитиль, размещенный на стенках корпуса, и аккумулирующую капиля ярн5до структуру ,капилл:ярный потенциал которой ниже капиллярного потенциал фитиля, о тли ч а ю 14 с я тем, что, с целью повышения ттлопередающей мощности трубы, работающей в импуЛьснО-периодическом pem«ie, аккумулирующие капиляярйые структуры расположены в зонах испарения и конденсации и(или) в примыкающих к ним со стороны,.протиаоположной адиабатической зоне, участках корпуса , причем капиллярймй потенциал аккумулирующей структуры зоны испарения выше капиллярного потенциала аккумулирующей структуры зоны койдеНсации.

0i/f. J

ZW.

ШЛ/