Регулируемая тепловая труба Советский патент 1989 года по МПК F28D15/02 

сд

о

00

о

00

ел

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для регулирования процесса теплопереноса путем изменения расхода теплоносителя.

Цель изобретения - расширение диапа- зона регулирования.

На фиг. 1 представлена тепловая труба; общий вид; на фиг. 2 - часть конден- сатопровода с регулирующим устройством в виде индуктора; на фиг. 3 - часть конденсатопроБОда с регулирующим устройством в виде разнополярных электродов, на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - часть конденсатопровода с регулирующим устройством в виде нагревателя.

Регулируемая тепловая труба содержит испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные между собой паро- и конденсато- проводами 3 и 4. Последний заполнен капиллярной структурой 5, выполненной из материала, обладающего фазовым переходом металл-полупроводник в рабочем диапазоне температур, например, из оксидов ванадия и снабжен по периметру регулирующим устройством 6, изменяющим пористость этой структуры 5. При этом регулирующее устройство 6 имеет подвижный контакт 7, соединенный через блок 8 управления с датчиком 9 температуры, установленным на конденсаторе 10. Причем регулирующее устройство 6 может быть выполнено в виде индуктора 11 (фиг. 2) или установленных между собой с зазором 12 разнополярных электродов 13 (фиг. 3), один из которых выполнен составным из отдельных частей с автономными выводами 14. В этом случае в конденсатопроводе 4 между его стенкой и капиллярной структурой 5 установлена фторопластовая прокладка 15, имеющая на части длины кольцевую проточку 16 под регулирующее устройство. Кроме того, регулирующее устройство 6 может быть выполнено в виде нагревателя 17 (фиг. 5).

Регулируемая тепловая труба работает следующим образом.

Теплоноситель под действием подводимой тепловой нагрузки испаряется в испарителе 1 и в виде пара по паропроводу 3 поступает в конденсатор 2, где конденсируется, отдавая свое тепло. Образовав- щийся конденсат под действием капиллярных сил возвращается по капиллярной структуре 5 в испаритель 1. При этом если температура в объекте регулирования (испарителе и конденсаторе) не пре- выщает допустимую, то подвижный контакт 8 регулирующего устройства б находится в крайнем левом положении. В случае, если температура регулирования повышается вы- ще допустимой, сигнал от датчика температуры, помещенного на его поверхности, поступает в элемент сравнения блока 9

5

0 5

5

0

5

0

5

0

управления, и выработанный в нем сигнал рассогласования после усиления и подачи на исполнительный элемент, вызывает перемещение подвижного контакта 8.

Подвижный контакт, перемещаясь, вызывает расширение зоны воздействия электростатического, электромагнитного или теплового поля на капиллярную структуру 5 от нулевого до определенного значения, соответствующего величине сигнала рассогласования. При этом температура фазового перехода материала капиллярной структуры понижается на 3-5°С, что вызывает фазовый переход металл-полупроводник, а при воздействии теплового поля, температура капиллярной структуры увеличивается на 3-5°С по сравнению с температурой фазового перехода, что также вызывает фазовый переход, который сопровождается объемным расщирением материала на 0,6-10%. Поскольку увеличение объема капиллярной структуры 5 при рас- щирении не происходит в связи с жесткостью конструкции тепловой трубы, то происходит перекрытие пор внутри капиллярной структуры 5. Перекрытие пор будет полным или частичным в зависимости от первоначальной пористости материала. При этом гидравлическое сопротивление капиллярной структуры возрастает, вызывая уменьшение количества теплоносителя, поступающего в испаритель 1, тем самым и количества образовавшегося в испарителе 1 пара.

Уменьшение количества пара приводит к снижению тепловыделения на поверхности конденсатора 3, что вызывает снижение его температуры, а следовательно, и величины сигнала рассогласования. При этом подвижный контакт 8 возвращается к крайнему левому положению. Процесс продолжается до тех пор, пока температура объекта регулирования не становится равной допустимой. Величина температурного смещения 3-5°С определяется свойствами материала капиллярной структуры 5.

Теплопроводящая способность в тепловой трубе изменяется пропорционально количеству перекрытых пор. Воздействовать электрическими и тепловыми полями можно на узком участке капиллярной структуры или по всей ее длине. Этот и такие факторы, как изменение параметров полей и подбор пористости материала капиллярной структуры делают возможным получение необходимых характеристик как по плавности, так и по скорости регулирования теплопереноса в тепловой трубе.

Примеры. Регулирование теплового потока в криогенной тепловой трубе с теплоносителем фреон 21, капиллярной структурой, выполненной из порощкового материала У2Оз со скачком электропроводности в 10 раз, начальной пористостью 25%, толщиной структуры 3 мм.

Варианты. Регулирование тепловым полем. При включении нагревателя с регулируемой мощностью О-200 Вт в зависимости от величин подаваемого напряжения изменяется время нагрева капиллярной структуры, а соответственно, и время перекрытия пор. Плавное перекрытие пор ка-- пиллярной структуры достигается по мере нагрева. При достижении пористым материалом температуры К, капил- лярная структура для прохода теплоносителя перекрывается полностью. При этом за счет расширения материала пористость уменьшается до 12%. Данный вариант позволяет осуществить плавное регулирование, но не позволяет мгновенно перекрывать пористую структуру, так как скорость распространения температурной волны в материале структуры конечна и невелика.

Регулирование электростатическим полем. При наведении электростатического поля напряженностью кВ/см, происходят мгновенная сдвижка температуры фазового перехода материала и перекрытие пор. Это ведет к скачкообразному изменению гидравлического сопротивления, а при достижении пористости в 11 -12% - к полному перекрытию капиллярной структуры. Изменяя напряженность электростатического поля Е, можно добиться линейного изменения гидравлического сопротивления от напряженности и практически мгновенно во времени.

Линейности изменения гидравлического сопротивления от напряженности Е добиваются за счет линейного изменения напряженности электростатического поля по толщине капиллярной структуры, что по частям (послойно) переводит материал струк- туры из фазы полупроводник в фазу металл, а следовательно по частям изменяет объем частиц структуры и величину пористости.

Регулирование магнитным полем. При регулировании теплового потока магнитным

полем процессы, происходящие в материале капиллярной структуры, аналогичны процессам, происходящим при регулировании электростатическим полем.

Таким образом, изобретение позволяет осуществлять регулирование теплопереноса в тепловой трубе воздействием на капиллярную структуру, установленную в кон- денсатопроводе различных полей, не накладывая ограничений на выбор теплоносителя.

Формула изобретения

1.Регулируемая тепловая труба, содержащая испаритель и конденсатор, соединенные между собой паро- и конденса- топроводами, последний из которых заполнен капиллярной структурой и снабжен по периметру регулирующим устройством, изменяющим пористость этой структуры, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, капиллярная структура выполнена из материала, обладающего фазовым переходом металл - полупроводник в рабочем диапазоне температур, а регулирующее устройство имеет подвижный контакт, соединенный через блок управления с датчиком температуры, установленным на конденсаторе или испарителе.

2.Труба по п. 1, отличающаяся тем, что между стенкой конденсатопровода и капиллярной структурой дополнительно расположена фторопластовая прокладка, имеющая на части длины кольцевую проточку под регулирующее устройство, выполненное в виде индуктора или установленных между собой с зазорами разнополярных электродов, один из которых выполнен составным, из отдельных частей с автономными выводами.

3.Труба по п. 1, отличающаяся тем, что регулирующее устройство выполнено в виде нагревателя.

Изобретение относится к области теплотехники и позволяет осуществить регулирование процесса теплопереноса путем изменения расхода теплоносителя. Конденсатопровод регулируемой тепловой трубы заполнен капиллярной структурой из материала, обладающего фазовым переходом металл-полупроводник в рабочем диапазоне температур, и снабжен регулирующим устройством 6, которое в зависимости от температуры в испарителе 1 или конденсаторе 3 вызывает фазовый переход материала капиллярной структуры, который сопровождается изменением пористости последней. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

и

сриг.2

.8

15

Q

Фаз.З

V A;QXX).

Составитель с. Бугорская

Редактор И. КасардаТехред И. ВересКорректорЭ. Лончакова

Заказ 5530/44Тираж 570Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.14

Фаг. 5