Способ регулирования теплопередающей способности тепловой трубы и тепловая труба Советский патент 1993 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, преимущественно к тем ее областям, где используются электрические поля, например, в радиоэлектронике,электротехнике и др., и может быть применено для обеспечения тепловых режимов узлов различного назначения.

Цель изобретения - расширение пределов регулирования.

На фиг. 1, 2 показано устройство для осуществления способа, состоящее из герметичного корпуса 1, частично заполненного теплоносителем 2, с зонами испарения 3 и конденсации 4. В зоне конденсации 4 расположен высоковольтный электрод 5, закрепленный на изолирующих втулках 6 и 7, которые снабжены отверстиями 8 для прохода пара 9 и конденсата 10 теплоносителя 2. Изолятор 7 со стороны выхода 11 конденсата 10 снабжен регулятором стока конденсата 12. Аналогично устроен изолятор 6 только отверстие 11 используется для прохода пара. В зоне испарения 3 установлен вспомогательный нагреватель 13.

При выполнении регулятора стока 12 конденсата 10 в виде пьезокерамической диафрагмы она подключается к регулируемому источнику напряжения 14. Вход пара 9 и выход конденсата 10 может быть перекрыт мостиками 15 конденсата 10 (фиг. 2).

00

о ю ю

00

ю

На фиг. 3 более подробно представлен фрагмент регулятора стока 12 конденсата 10, выполненного в виде пьезокерамиче- ской диафрагмы 12. Аналогично диафрагма может быть выполнена из биметалла, что исключает источник напряжения 14 (фиг. 1, 2). Уменьшение сечения с понижением температуры пара необходимо для обеспечения условий образования конденсатных мостиков при снижении тепловой мощно- сти. Технически диафрагма 12 может быть выполнена не обязательно в виде разомкнутого кольца, а любым иным способом, например, лепестковая, главное ее назначение - возможность изменять сече- ние отверстия 11. Аналогичная диафрагма устанавливается с верхнего торца электрода для прохождения пара 9.

Способ осуществляется следующим об- разом.

На испарителе 3 (фиг. 1) тепловой трубы 1 включают нагреватель, а на конденсаторе 4 - систему охлаждения. Теплоноситель 2 нагревается до температуры кипения, испа- ряется и пар 9 поступает в конденсатор 4, где превращается в конденсат 10, отдавая свою энергию конденсатору 4. Путем изменения высокого напряжения на высоковольтном электроде 5 изменяют коэффициент теплоотдачи и, следовательно, термическое сопротивление конденсатора. Для увеличения термического сопротивления в конденсаторе вход пара и выход конденсата в межэлектродном зазоре перекрывают (час- тично) диафрагмой 12, воздавая условия для образования мостиков 15 конденсата 10 (фиг. 2), образуя замкнутую полость. При этом отвод тепла осуществляют от поверхности высоковольтного электрода 5 к тепло- обменной поверхности 4 путем испарения - конденсации, а основной процесс осуществляется на внешней по отношению к поверхности конденсации 4 поверхности высоковольтного электрода 5. При этом ре- гулятор стока конденсата и поступления пара в межэлектродный зазор регулирует величину образовавшегося конденсата и его удаление из зазора, кроме того вследствие неоднородного электрического поля на торцах конденсат расползается по диафрагме 12 и изолирующих втулках 6 и 7, способствуя герметизации межэлектродного зазора. Следует отметить, что герметизация в этом случае несколько условна, так как при большом сливе конденсата или недостаточном поступлении пара происходит ее временная разгерметизация, впуская порцию пара, необходимого для восполнения потерь, вследствие удаления конденсата.

На фиг. 4 представлены три тепловых режима работы испарительно-конденсаци- онной системы (тепловой трубы) в зависимости от мощности испарителя: О-в отсутствии поля; 1 - при подаче потенциала на электрод 5 (фиг, 1); 2 - при образовании мостиков 15 конденсата 10 (фиг. 2). Причем режимы 1 и 2 осуществляются при одном и том же напряжении на электроде 5. Для перехода тепловой трубы 1 в режим 2 необходимо включить поле и перейти в режим 1 (путь а-б). Далее увеличить мощность, подводимую к испарителю Ои до некоторой Окр (путь б-в) после чего начинается процесс кризиса и интенсивный подъем температуры (путь в-г). При превышении температуры пара tn больше кривой О уменьшают мощность испарителя Ои (путь г-д). После этого тепловая труба будет работать в режиме 2 при этом изменяя Ои (увеличивая или уменьшая) температура пара tn будет соответственно изменяться по кривой 2. Если поле выключить, то труба перейдет в режим О (путь д-а). Для достижения режима 2 необходимо опять осуществить путь а-б-в-г-д. Диапазон регулирования тепло- передающей способности тепловой трубы зависит от напряженности электрического поля, величина которого может меняться от О до пробивного значения. При этом уменьшение количества удаляемого из межэлектродного промежутка конденсата посредством уменьшения сечения отверстия 11 диафрагмой 12 позволяет достичь режима 2 (фиг. 4) при меньших напряженно- стях.

Кроме появления дополнительного термического сопротивления в межэлектродном зазоре при образовании мостиков конденсата уменьшается площадь поверхности конденсации (при цилиндрическом выполнении трубы), что также снижает теп- лопередающие характеристики тепловой трубы. При этом конденсация внутри электрода осуществляется в отсутствии поля.

Вспомогательный нагреватель 13 необходим для достижения режима 2 без регулирования мощности основного нагревателя испарителя 3, путем установления общей мощности испарителя равной или больше критической QKp (фиг. 4).

Проведено исследование теплового режима тепловой трубы, изготовленной из латунной трубы диаметром 24 мм длиной 420 мм. В качестве теплоносителя использовался хладон 113. Результаты регулирования теплового режима представлены на фиг. 5 (обозначение режимов соответствует фиг. 4), Режимы 1 и 2 получены при напряженности электрического поля 60 кВ/см (диаметр

высоковольтного электрода 15мм). Вход пара и выход конденсата межэлектродного промежутка были заранее уменьшены для получения режима 2. Из графиков видно, что при постоянной температуре пара tn (и соответственно температуре стенки) значительно возрастает диапазон регулирования мощности испарителя (и соответственно конденсатора), что значительно расширяет предел регулирования теплопередающих характеристик тепловой трубы.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления способствуют расширению пределов регулирования теплопередающей способности тепловой трубы, что позволяет в большем диапазоне тепловых нагрузок обеспечить постоянную температуру пара, i Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ регулирования теплопереда- ющей способности тепловой трубы путем образования в межэлектродном зазоре замкнутых полостей, подвода теплового потока в зоне испарения и воздействия электрическим полем с образованием в полостях зам- кнутых циклов испарения-конденсации, о т- личающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, полости

образуют в зоне конденсации тепловой трубы путем изменения поперечного сечения межэл ектродного промежутка у его торцов при одновременном изменении величины подводимого теплового потока в зоне испарения.

2. Тепловая труба, содержащая корпус с зонами испарения и конденсации, по оси которого с помощью поперечных диэлектрических перегородок установлен электрод с образованием кольцевого зазора, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, электрод размещен в зоне конденсации, а в перегородках выполнены отверстия с расположенными в чих регуляторами проходного сечения, при этом в зоне испарения дополнительно установлен вспомогательный нагреватель.

3. Труба по п. 2, отличающаяся тем, что регуляторы проходного сечения выполнены в виде пьезокерамических диафрагм, снабженных регулируемым источником питания.

4. Труба по п. 2, отличающаяся тем, что регуляторы выполнены в виде биметаллических диафрагм с проходным сечением, уменьшающимся с понижением температуры.

,х

Использование: для обеспечения тепловых режимов узлов. Сущность изобретения: в межэлектродном зазоре образуют замкнутые полости в зоне конденсации. Образование полостей производят изменением поперечного сечения межэлектродного промежутка у его торцов при одновременном изменении величины подводимого теплового потока в зоне испарения. Регуляторы проходного сечения установлены в отверстиях перегородок. Последние расположены в межэлектродном зазоре. В зоне испарения дополнительно установлен вспомогательный нагреватель. Регуляторы могут быть выполнены в виде пьезокерамических диафрагм с источниками питания. Они же могут быть выполнены в виде биметаллических диафрагм. Проходное сечение их уменьшается с понижением температуры. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

g.J