Способ подготовки фитильной тепловой трубы к работе Советский патент 1981 года по МПК F28D15/04 

1

Изобретение относится к энергетике и гидравлики, в частности к способам подготовки к работе фитильных тенловых труб, используемых в качестве высокоэффективных теплопередающих устройств.

Известен способ подготовки тепловых труб к работе, заключающийся в том, что после вакуумирования, заправки и герметизации тепловую трубу нагревают до температуры, превышающей критическую температуру теплоносителя с полным превращением последнего в пар. При этом газ из пористой структуры выходит в паровой, канал тепловой трубы.Затем тепловую трубу охлаждают равномерно по всей длине до температуры окружающей среды 1.

Однако при охлаждении тепловой трубы газ, увлекаемый парами теплоносителя, снова попадает в пористую структуру. Это увеличивает вероятность осущения фитиля при последующих запусках тепловой трубы.

Цель изобретения - ускорение запуска трубы нутем более полного удаления газовых пузырей из фитиля.

Для достижения указанной цели охлаждение в тепловой трубе ведут постепенно, начиная с одного из торцовых участков трубы, с поддержанием температуры остальной ее части выще критической температуры теплоносителя, а затем постепенно

СО скоростью 0,1 - 50 толщин фитиля в секунду увеличивают зону охлаждения трубы до полной ее длины.

Способ применяют при подготовке к работе тепловых труб с длиной корпуса более четырех диаметров и толщиной фитиля 0,1 - 1 мм. Переходная область между охлажденным и нагретым участками тепловой трубы обычно не превышает трех диаметров.

На фиг. 1 изображено образование газового пузыря в зазоре фитилем и стенкой в известном способе, осевое сечение; на фиг. 2 - испарение теплоносителя в предлагаемом способе, осевое сечение; на фиг. 3 - расположение тепловой трубы и нечи, осевой разрез; иа, фиг. 4 - профиль температуры но длине тепловой трубы, изображенной на фиг. 3.

20 Тепловая труба содержит корпус 1, фитиль 2, теплоноситель 3 в зазоре между фитилем 2 и корпусом 1. Газовый пузырь 4 ограничен менисками 5 теплоносителя .3 в - зазоре между фитилем 2 и корпусом 1. Участок 6 - это длина участка фитиля, смоченного жидкостью, отходящей от левого мениска; зчасток 7 - длина участка фитиля, смоченного жндкостью, отходящей от правого мениска; участок 8 - место, где смыкаются мениски 9 в фитиле. Тепловая труба имеет центральный канал 10, осушенный участок 11 фитиля и нагревательную печь 12. При известном способе тепловую трубу после иагрева выше критической температуры теплоносителя охлаждают равномерно. Однако на практике трудно достичь высокой степени равномерностн, так как сказываются перепады температур на стенке, сопротивление потоку пар, динамические характеристики потока пара и т. д. При конденсации пары проходят сквозь фитиль, увлекая с собой газы. Пары конденсируются на стенке корпуса, а газ остается в виде пузырей под фитилем. Поскольку поры в фитиле 2 мельче, чем зазор между фитилем 2 и корпусом 1, то из заполненного теплоносителем 3 участка зазора жидкость распространяется по фитилю, и пузырь 4 оказывается запертым в зазоре. Такие же процессы возможны и тогда, когда фитиль вплотную устаиовлеи к стенке. Пузыри будут образовываться в толше фитиля, что приведет к осушению. Способ подготовки фитильной тепловой трубы к работе осуществляют следующим образом. Производят охлаждение тепловой трубы, начиная с левого торцового участка (фиг. 2). В первоначальный момент начинается интенсивная конденсация теплоносителя на левом участке. Увлекаемые парами газы собираются в виде пробки и значительно сокрашают скорость конденсации из-за того, что пары проникают к охлаждаемой поверхности за счет диффузии сквозь газовую пробку. Из мениска 5 и мениска 9 происходит испарение жидкости, и пары сквозь осушенный участок И фитиля проходят в центральный канал 10 тепловой трубы. Газ оттеснен в левый конец центрального канала 10 и собран там в виде пробки. Скорость перемещения мениска 9 в фитиле между осушенным и смоченным его участками опережает скорость перемещения переходной области между охлажденным и нагретым участками тепловой трубы в том случае, если фитиль выполнен из объемного пористого материала (сетка, фетр, ткань, спеченный порошок). Жидкость, примыкающая к мениску 5, обезгажена полностью, так как газ оттеснен в противоположный конец центрального канала 10. Затем мениск 9 доходит до торцового участка тепловой трубы, а пузырь 4 (фиг. 2) захлопывается. Особенностью этого пузыря является то, что это не газовый пузырь, а паровой, и он за счет пара устраняется. Если фитиль выполнен из материала с радиальными перфорациями (фольга с микроотверстиями), то мениск 9 и мениск 5 перемещаются с одинаковой скоростью. Диапазон скоростей 0,1 - 50 толщин фитиля в секунду для перемещения границы между нагретыми и охлажденным участками тепловой трубы объясняется тем, что теплоноситель, примыкающий к мениску 5, должен быть подвергнут дегазации. А это наступает согласно экспериментам, проведенным для широкого класса теплоносителей (вода, спирты, ацетон, щелочные металлы), со скоростью ниже 50 толщин фитиля в секунду или 50 мм в секунду для диаметров центрального канала от 4 мм до 40 мм. Скорость более указанной величины увеличивает вероятность появления пузырей возле торцового участка, на котором заканчивается охлаждение тепловой трубы. Скорость ниже 0,1 толщины фитиля в секунду или меньще 0,01 мм/с удлиняет процесс и увеличивает затраты времени на осуществление способа. Профиль температуры (фиг. 4) на стенке тепловой трубы на границе между нагретым и охлажденным участками тепловой трубы должен быть наклонным во всех точках этой границы в сторону охлажденного участка. Б противном случае, т. е. когда профиль имеет вид, изображенный пунктирной линией на фиг. 4, возможно появление второй охлажденной зоны и пузырей между нагретой и охлажденной зонами. Охлаждение ведут таким образом, чтобы была единственная переходная зона (или граница) между нагретым и охлажденным участками, перемещающаяся от одного торца к другому. Все это относится к обычным тепловым трубам, когда избыток теплоносителя (или, что одно и то же - жидкости) может составлять пятикратный объем пор фитиля и объем зазора между фитилем и стенкой (если он имеется) вместе взятые. Если объем теплоносителя составляет более, чем десятикратный объем пор и зазора, то начинают охлаждение в вертикальном положении с нижнего торца, а по мере увеличения длины охлаждаемого участка тепловую трубу наклоняют с постоянной угловой скоростью и к моменту достижения длины охлаждаемого участка до полной длины тенловой трубы наклон доводят до положения, когда высота верхней точки фитиля возвышается над уровнем теплоносителя не более, чем на половину высоты поднятия жидкости но зазору между фитилем и стенкой корпуса (если зазора нет, то сказанное относится к высоте поднятия жидкости по фитилю). Перемещение переходной зоны между нагретым и охлажденным участками может быть осуществлено различными средствами: выниманием тепловой трубы из печки, перемещением печи относительно закрепенной тепловой трубы, последовательным тключением витков нагревателя, смонтиованного на корпусе тепловой трубы и т.д. Применение данного способа позволяет уменьшить вероятность осушения фитиля при запуске тепловой трубы за счет лучшего удаления газа из пористой структуры. За счет этого, как показали эксперименты, тепловая труба может быть сразу запуш;ена на расчетную мошность. Способ более прост, так как в нем исключена операция удаления излишков теплоносителя с контролем количества остаюш,егося теплоносителя, и может быть проведен многократно без разгерметизации тепловой трубы. Формула изобретения Способ подготовки фитильной тепловой трубы к работе путем вакуумирования ее внутренней полости, подачи в нее дозированного количества теплоносителя, герметизации, нагрева ее до температуры выше критической температуры теплоносителя с полным превращением последнего в пар и последуюш.его охлаждения трубы до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что, с целью ускорения запуска трубы путем более полного удаления газовых пузырей из фитиля, охлаждение ведут постепенно, начиная с одного из торцовых участков трубы, с поддержанием температуры остальной ее части выше критической температуры теплоносителя, а затем постепенно со скоростью 0,1 - 50 толщин фитиля в секунду увеличивают зону охлаждения трубы до полной ее длины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Л-о 545839, кл. F 28D 15/00, 1977.