Теплопередающее устройство Советский патент 1983 года по МПК F28D15/04 

(54) ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к теплопередающим устройствам, обеспечивающим равномерное распределение теплоносителя (рабочего тела) по всей площади нагрева, и может применяться для охлаждения, выравнивания температуры и устранения горячих пятен на нагреваемой поверхности, а также может быть использовано в космических объектах, доменных печах, и областях техники, где необходимо снимать тепловые потоки от различных источников нагрева.

Известны теплопередающие устройства, содержащие герметичный корпус с зонами испарения, транспорта и конденсации, фитиль, пропитанный теплом 1 .

Недостатком данных устройств является невозможность надежного обеспечения охлаждения нагреваемой поверхности от неравномерных и высокотемпературных источников нагрева по причине ограниченности капиллярного напора при перемещении рабочего тела из зоны конденсации к зоне испарения: наступает, .так называемое, ограничение тепловой мощности.

Известно также теплопередающее устройство, содержащее герметичный

корпус с капиллярной структурой в зоне испарения, ограничивающий паро вую камеру,: в которой расположен пористый элемент 2.

Недостатками известного устройства являются невысокая удельная тепловая мощность и низкая эксплуатационная надежность при любой ориентации устройства в пространстве.

Цель изобретения - увеличение удельной тепловой мощности и повышение эксплуатационной надежности при любой ориентации устройства в пространстве.

Поставленная цель достигается тем, что корпус снабжен охлаждающей рубашкой , а капиллярная структура соединена с пористым элементом посредством

20 капиллярных трубок с пористыми вкладышами, введенными внутрь этого элемента, причем последний снабжен охлаждающими трубками, соединенными с охлаждающей рубашкой и служащими фиксаторами положения элемента в центре паровой камеры.

Охлаждающая рубашка может быть снабжен нагревательными элементами.

Пористый элемент может иметь форму шара.

На фиг. 1 изображено описываемое теплопередающее устройство; на фиг.2сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 один из вариантов описываемого устроства с двумя поверхностями нагрева; на фиг. 4 - вариант соединения капил лярной трубки с капиллярной структурой зоны испарения; на фиг. 5 - вариант соединения капиллярной трубки с пористым элементом.

Теплопередающее устройство сЬдержит герметичный корпус 1 с капиллярной структурой 2 в зоне испарения, ограничивающий паровую камеру 3/ в которой расположен пористый элемент 4, при этом-корпус 1 снабжен охлажда ющей рубашкой 5, а капиллярная структура 2 - соединена с пористым элементом 4 посредством капиллярных трубок 6 с пористыми вкладышами 7, введенными внутрь этого элемента 4, причем последний снабжен охлаждающими трубками 8, соединенными с охлаждающей рубашкой 5 и служащими фиксаторами положения элемента 4 в центре паровой камеры 3, охлаждающая рубашка 5 может быть снабжена нагревательными элементами 9.

Капиллярная структура 2 предвари- тельно пропитана рабочим тецлом (теплоносителем), например водой, ртутью ацетоном, натрием и др., в зависимости от снимаемого теплового потока. , Охлаждающие трубки 8 впаяны или впечены в пористый элемент 4, по ним прокачивается .хладагент, например вода. На охлаждающие трубки 8, находя. щиеся в паровой камере 3, надеты фитили 10, которые -плотно заделаны в пористый элемент 4 и от внутренней стенки охлаждающей рубаиики 5 отделевы зазором 11. На внутренней стенке охлаждающей рубашки 5 плотно закреплены нагревательные элементы 9. Корпус 1 герметично и жестко соединен по. периметру с охлаждающей рубашкой 5 через проставки 12, которые делят ее на герметичные секции 13 и 14, выполняющие роль подводных и отводных коллекторов для охлаждающей жидкости. Конструкция описываемого устройства позволяет иметь любое количество секций 13 и 14 в зависимости от снимаемой тепловой мощности. Подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется через входные 15 и выходные 6 патрубки. Капиллярная структура 2 закреплена с помощью крышки 17, являющейся поверхностью нагрева. Устройство может иметь две поверхности нагрева, форма которых зависит от фермы охлаждаемого объекта. Капиллярные трубки б герметично прикреплены к пластине 18/ образуя между ней и капиллярной структурой 2 зазор 19. Пластина 18 жестко соединена с пористым Элементом 4, например,совместным спеканием так, чтобы между ними сохра-нился зазор 20, который может быть выполнен сплошным или из отдельных секций. При креплении капиллярных трубок 6 на пластине 18 их нижние концы должны находиться в объеме зазора 20 (фиг. 5). Крепление капилляр|ных трубок б можно осуществлять непосредственно в пористый элемент 4. В этом случае зазоры 19 и 20 также должны быть сохранены. Верхние концы капиллярных трубок б сточены на конус и плотно входят в капиллярную структуру 2 или, например, заранее спечены совместно (фиг. 4 и 5). Для придания конструкции дополнительной жесткости в осевом направлении имеются технологические трубки 21, снабженные фитилями 22 по наружному контуру, которые могут также служить заправки пористого элемента 4 теплоносителем, для отбора давления или замера температур.

Описываемое теплопередающее устройство работает следующим образом.

При отсутствии теплового потока пористый элемент 4, капиллярная структура 2, вкладыши 7, фитили 10 и 22, а также внутренние каналы трубок б пропитаны теплоносителем. При подводе теплового потока к поверхности нагрева крышки 17 теплоноситель в капиллярной структуре 2 начинает испаряться и охлаждать поверхность крышки 17. Испарение рабочего тела в капиллярной структуре 2 вызывает ее осушение, которое происходит до тех пор, пока не включатся в работу капиллярные трубки б. Трубки 6 начинают записывать капиллярную структуру 2 теплоносителем. Образовавшийся пар по з.азору 19 и пространству между капиллярными трубками б поступает в паposyto камеру 3 и заполняет ее. Так как пористый элемент 4 интенсивно охлаждается изнутри хладагентом охлаждающих трубок 8, его температура ниже температуры пара, что приводит к конденсации последнего на всей поверхности пористого элемента 4. Хладагент, поступает через входные патрубки 15, проходит в секции 13 и 14 и выходные патрубки 16. Поскольку описанный процесс связан со скрытой теплотой фазового перехода, можно так подобрать режимы течения хладагента, что температура пористого элемента 4 останется на том уровне, при котором пар не сможет проникнуть в капиллярные трубки б и закупорить их, так как он раньше перейдет в жидкость Таким образом, пористый элемент 4 выполняет роль холодильника и резервуара для подпитки, капиллярных трубок б, транспортирующих теплоноситель из зоны охлаждения (пористый элемент 4) к зоне нагрева (крышка 17) за счет действия капиллярных сил. Нормальная ра бота капиллярных трубок 6 в данной конструкции может быть обеспечена при условии, когда их внутренний диаметр меньше диаметра пор в пористом элементе 4. Формула изобретения 1. Теплопередающее устройство, со |держащёе герметичный корпус с капиллярной структурой в зоне испарения, ограничивающий паровую камеру, в которой расположен пористый элемент, отличающееся тем,что, с целью ч увеличения удельной тепловой мощности и цовыщения эксплуатационной надежности при любой ориентации устройства в пространстве, корпус снабжен охлаждающей рубашкой, а капиллярная структура соединена с пористым элементом посредством капиллярных трубок с пористыми вклс1дышами, введен- . ными внутрь этого элемента, причем последний снабжен охлаждающими трубками, соединенными с охлаждающей рубашкой и служащими фиксаторами положения элемента в центре паровой кгмврн. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что охлаждающая рубащка снабжена нагревательными элементами. 3.Устройство по п. 1, от л и чающееся тем, что Пористый элемент имеет форму шара Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ивановский М.И. и др. Физические основы тепловых труб. М., Атомиз дат, 1978, с. 26. 2.Патент США W 3613778, кл. 165- 105, опублик. 1969.

f3

12