Тепловой диод Советский патент 1992 года по МПК F28D15/02 

С/1

С

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепла в одном направлении. Цель изобретения - повышение диодности тепловых диодов с пристеночной артерией. Диод содержит корпус, снабженный в зонах 2, 3 испарения и конденсации капиллярной структурой. В зоне транспорта расположена ловушка теплоносителя, выполненная в виде капиллярно-пористой набивки 4. В корпусе установлена пристеночная артерия, имеющая на участке зоны транспорта со стороны ловушки участок круглого попе- речногб сечения, установленный с зазором по отношению к корпусу, в контакте с набивкой 4. На остальной части корпуса артерия может быть сегментовидной, в месте соединения ее участков расположен переходник 8. 5 ил.

Изобретение относится к теплотехнике.

Известен тепловой диод ftД), содержа щий две пластины, тепло между которыми при прямом направлении теплового потока переносится,, через соединенную с одной из пластин биметаллическую пружину, снабженную контактным диском. Недостатком этого ТД является высокоеTepMH4ecKpei сопротивление при прямом пртке, обусловленное наличием контактного соединения.

Известен также тепловой диод с зонами испарения, -транспортной и конденсации,, содержащий корпус, снабженный в зонах испарения и конденсации капиллярной структурой, с блокированием поверхности нагрева жидкостью..

Недостаток этого ТД - большая энергия срабатывания (количества тепла, переносимого через ТД от момента появления обратного потока до момента достижения заданной величины термического сопротивления при обратном потоке).

Наиболее близким к предлагаемому является ТД с зонами испарения, транспортной и конденсации, содержащий корпус, снабженный в зонах испарения и конденсации капиллярной структурой и расположенную в нем ловушку теплоносителя, выполненную в виде капиллярно-пористой набивки.

Недостаток этого ТД - невысокие диодные свойства - обусловлен тем, что при использовании для переноса жидкости между участками капиллярной структуры (КС) зон испарения и конденсации пристеночной артерии при обратном потоке, даже если артеО 00 О

ю

рия осушена, жидкость переносится в направлении к зоне подвода обратного потока тепла по угловым каналам. Для круглой артерии эти каналы образуются между ее наружной поверхностью и корпусом ТД, для сегментовидной - в зонах сопряжения дуги их хорды сегмента.

Цель изобретения - повышение диод- ности ТД.

Для этого ловушка расположена в транспортной зоне, а артерия на этом участке имеет со стороны зоны конденсации участок круглого поперечного сечения, установленный с зазором по отношению к корпусу, в контакте с капиллярно-пористой набивкой.

. На фиг. 1 показан ТД, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 - сечение по В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение по Г-Г на фиг. 1.

К корпусу 1 ТД тепло подводится в зоне 2, а отводится в зоне 3. На транспортном участке расположена капиллярная набивка 4 - ловушка для жидкости. КС выполнена в виде резьбовых канавок 5 и 6 на стенках корпуса в зонах испарения и конденсации. Артерия в зоне конденсации и на части транспортной зоны выполнена сегментовидной и образована с помощью прварен- ной к корпусу корытообразной вставки 7. Капиллярный переходник 8 соединяет трубчатый участок 9 с сегментовидными участками, образованными с помощью корытообразных вставок 7 и 10. В зоне 2 артерия выполнена в виде капиллярно-по- ристой пластины 11. Переходник 8 служит для соединения двух участков разной формы: сегментовидного и круглого. Если пристеночную артерию слева от круглого участка выполнить также круглой и с тем же внутренним диаметром, что и участка 9, то переходник 8 не нужен.

Соотношения между эффективными ка пиллярными радиусами элементов капиллярной системы ТД соответствуют условиям

Г4 ГУ; Г4 rg; Г4 по; Г4 гц; rs гц, (1) где г, rg и по - эффективные капиллярные радиусы участков артерии, образованных вставками 7 и 10 и трубкой 9;

Г4, rs и гц - эффективные капиллярные радиусы набивки 4, пластины 11 и резьбовых канавок 5.

. При изготовлении ТД в него вводят такое количество теплоносителя, которого достаточно только для заполнения резьбовых ка- навок 5 и 6 и участков артерии (включая переходник 8 и пластину 11). Обьем капиллярной набивки выбран из условия

V4 V + vg + V6,(2)

где V6 - суммарный объем резьбовых канавок б,

v и vg - объемы артерии на участках, образованных вставкой 7 и трубкой 9;

V4 - суммарный объем капиллярных каналов набивки 4.

ТД работает следующим образом.

В изотермическом режиме при рабочих температурах жидкость заполняет резьбовые канавки 5 и 6, набивку 4, пластину 11 и участок артерии под вставкой 10. Полость трубки 9 осушена полностью, а на участке под вставкой 7 жидкость содержится в угловых каналах у стыков хорды и дуги поперечного сечения сегмента. Радиус менисков в этих угловых каналах равен эффективному капиллярному радиусу набивки 4. Если после изотермического режима начинается режим обратного потока, то за счет подвода тепла к зоне 3 жидкость испаряется из резьбовых канавок 6, а образующийся пар конденсируется в зоне 2. Благодаря выполнению условий (1) и (2) жидкость из зоны 2 в зону 3 вернуться не может. В результате вся часть капиллярной системы слева от торца трубки 9, примыкающего к набивке 4, осушается. Термическое сопротивление ТД на этом режиме определяется сопротивлением осушенной части капиллярной системы и примыкающей к ней части корпуса ТД. При переходе от изотермического режима к прямому потоку жидкость испаряется из резьбовых канавок 5, а пар конденсируется в зоне 3. В начале режима прямого потока подпитка жидкостью канавок 5 производится за счет ее поступления из набивки 4 через .пластину 11. К моменту, когда заканчивается осушение набивки 4, участки артерии под вставкой 7 и трубка 9 заполняются жидкостью, и контур циркуляции теплоносителя в ТД замыкается.

Технический эффект от использования изобретения заключается в улучшении диодных характеристик ТД. Улучшение обусловлено наличием в капиллярной системе ТД трубчатого участка, установленного с зазором относительно корпуса ТД. Благодаря этому исключается возврат жидкости к зоне подвода обратного потока.

Формула изобретения Тепловой диод с зонами испарения, транспорта и конденсации, содержащий корпус, снабженный в зонах испарения и конденсации капиллярной структурой, и расположенную в нем ловушку теплоносителя, выполненную в виде капиллярно-пористой набивки, отличающийся тем, что, с целью повышения диодности тепловых диодов с пристеночной артерией, ловушка расположена в зоне транспорта, а артерии на этом участке имеют со стороны зоны конденсации участок круглого попеJ

9

фи&З

речного сечения, установленный с зазором по отношению к корпусу, в контакте с капиллярно-пористой набивкой.

2

-$

ii

Г-Г

фиг. 4.