КОНТУРНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Советский патент 1995 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах охлаждения тепловыделяющих приборов.

Целью изобретения является обеспечение возможности использования контурной тепловой трубы в качестве теплового выключателя, а также повышение эффективности теплопередачи при повторном запуске.

На фиг. 1 представлена схема контурной тепловой трубы (КТТ).

Последняя содержит испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные между собой трубопроводами 3 (паро- и конденсатопроводом). Капиллярно-пористая насадка 4 делит испаритель на две области: зону теплоподвода 5 и компенсационную полость 6. Компенсационная полость соединена с зоной теплоподвода дополнительным трубопроводом 7 с управляемым клапаном 8. С компенсационной полостью термически связан холодный спай ТЭМХ 9, горячий спай которого через теплопровод 10 контактирует с зоной теплоподвода. Включение и выключение ТЭМХ и клапана осуществляется с помощью блока управления 11, выполненного в виде коммутационного блока, нормально открытые контакты которого включены в цепь питания ТЭМХ, а нормально закрытые в цепь питания клапана.

На фиг. 2 представлен один из возможных вариантов схемы блока управления.

Блок состоит из реле, имеющего нормально открытые и нормально закрытые контакты. Включение реле соответствует "включению" регулируемой контурной тепловой трубы.

На фиг. 3 изображена теплопередающая характеристика КТТ, иллюстрирующая возможную работу с низкой или высокой эффективностью теплопередачи при фиксированном температурном напоре между испарителем и конденсатором, Δ Т_фикс.

В соответствии с этой характеристикой, КТТ при одном и том же температурном напоре способна передавать до двух различных значений теплового потока. Причем при повторном запуске, происходящем в условиях постоянного температурного напора между испарителем и конденсатором, КТТ передает минимальный тепловой поток Q_min.

Для обеспечения большей эффективности теплопередачи, т.е. соответствующей Q_max, необходимо чтобы хладопроизводительность ТЭМХ отвечала условию
Q_ТЭХМ С_рж ˙ (А ˙ μ_n ˙ D_n Q_min/r) x
x Т_фикс ˙ К1 (1) где С_рж теплоемкость жидкой фазы теплоносителя, Дж/(кг ˙ К);
r теплота фазового перехода, Дж/кг;
D_n диаметр трубопровода, м;
μ_n вязкость пара, Па ˙ с;
Q_min минимальный поток, передаваемый КТТ при Δ Т_фикс (определяется теплопередающей характеристикой), Вт;
Δ Т_фикс температурный напор между испарителем и конденсатором, К;
К1 коэффициент, учитывающий влияние тепловой инерции;
А эмпирический коэффициент, в общем случае f(Re_кр) ≈ 1900;
Q_ТЭМХ хладопроизводительность ТЭМХ, Вт.

Режим работы ТЭМХ определяется также подбором термического сопротивления теплопровода в соответствии с условием
R_тп < (Т_ст.исп. Т_гор.сп)/(Q_ТЭМХ Х ˙ε ) (2) где Т_ст.исп. температура стенки испарителя в зоне теплоподвода, К;
Т_гор.сп. температура горячего спая ТЭМХ при заданной хладопроизводительности, К;
R_тп термическое сопротивление теплопровода, К/Вт;
ε эффективность ТЭМХ.

КТТ работает следующим образом.

При открытом клапане 8 давление пара в зоне теплоподвода практически не отличается от давления в компенсационной полости и, следовательно, тепломассопереноса не происходит, КТТ "выключена". Закрытие клапана позволяет изолировать компенсационную полость от зоны теплоподвода, вследствие чего начинается циркуляция теплоносителя по трубопроводам, соединяющим испаритель 1 с конденсатором 2. Однако, в соответствии с теплопередающей характеристикой КТТ (фиг. 3) возможна высокоэффективная или низкоэффективная передача тепла. Причем, для располагаемого температурного напора Δ Т_фикс устанавливается режим, соответствующим Q_min (фиг. 3), поскольку запуск происходит от нулевого (или близкого к нулевому) значения теплового потока.

Переход к режиму работы, обеспечивающему максимальную эффективность теплопередачи Q_max, т.е. "включению" КТТ, производится включением ТЭМХ 9 при закрытом клапане 8. Последнее осуществляется с помощью блока управления, допускающего только поочередную работу ТЭМХ и клапана.

Охлаждение компенсационной полости с помощью ТЭМХ, хладопроизводительность которого удовлетворяет условиям (1) и (2), приводит к снижению давления в компенсационной полости до величины, обеспечивающей циркуляцию теплоносителя с расходом, соответствующим Q_гр (экстремум теплопередающей характеристики КТТ).

В соответствии с фиг. 3 теплопередающая способность КТТ будет определяться располагаемым температурным напором Т_фикс и, следовательно, значение передаваемой тепловой нагрузки вырастет от значения Q_гр до Q_max.˙ Р_ост передаваемой тепловой нагрузки, что происходит благодаря дополнительному охлаждению компенсационной полости поступающим в нее конденсатом.

Использование изобретения существенно расширит возможности различных регулируемых систем охлаждения, работающих в условиях произвольной ориентации, значительного удаления источника тепловыделения от стока тепла, а также для произвольного типа граничных условий.

Использование: в системах охлаждения тепловыделяющих приборов. Сущность изобретения: компенсационная полость 6 соединена с испарителем 1 трубопроводом 7 с регулируемым клапаном 8. Испаритель 1 соединен с конденсатором 2 трубопроводами 3. Термоэлектрический холодильник 9 подсоединен к полости 6 холодным спаем, а горячим к испарителю 1 посредством теплопровода 10. Микрохолодильник 9 соединен с клапаном 8 через блок управления 11. Последний выполнен в виде коммутационного блока. Нормально открытые контакты его включены в цепь питания холодильника 9, а нормально закрытые в цепь питания клапана 8. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. КОНТУРНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА, содержащая соединенные паро- и конденсатопроводами конденсатор и расположенные в одном корпусе испаритель с капиллярно-пористой насадкой и размещенную со стороны конденсатопровода компенсационную полость, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности использования трубы в качестве теплового выключателя, а также повышения эффективности теплопередачи при повторном запуске, компенсационная полость дополнительно соединена с испарителем посредством трубопровода с регулируемым клапаном, подключенного к испарителю со стороны паропровода, и снабжена термоэлектрическим микрохолодильником, подсоединенным к ней холодным спаем, а горячим к испарителю посредством теплопровода, при этом дополнительно микрохолодильник соединен с клапаном через блок управления. 2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен в виде коммутационного блока, нормально открытые контакты которого включены в цепь питания термоэлектрического холодильника, а нормально закрытые в цепь питания клапана.