Капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсник

Соцналмстнческик

Республнк«» 3 000725 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 27. 05. 81 (21) 3296205/24-06

Р М К„з с присоединением заявки Но

28 0 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 280283. Бюллетень й9 8

Дата опубликования описания 280283

1Щ УДК 621. 565. . 58(088. 8) С.И. Опрышко, В.Я. Сасин и Е.С. Яценк !

Отделение Всесоюзного научно-исследоват ьскОГО

-института электрбмеханики и Московский

Г энергетический институт (72) Авторы изобретения (71)Заявители (54) КАПИЛЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ЗОНЫ

ИСПАРЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым трубам, работа которых основана на действии исключительно капиллярных сил, и предназначено для повышения теплопередающей способности тепловых труб, в частности,для увеличения,снимаемых удельных тепловых потоков.

Известна тепловая труба, эона ис- 10 .парения которой выполнена в виде толстостенного стакана иэ мелкодисперсного спеченного порошка (размер частиц 0,5-1 мкм и пористость 50%).

В стенках стакана имеются пароотводные каналы, ориентированные вдоль

его оси. К одному из торцов стакана, выполненному также из мелкодисперсного спеченного порошка, подводится жидкость из зоны конденсации. тепловой 20 поток подводится к боковой поверхности стакана. Граница раздела жидкость-riap расположена приблизительно по окружности, проходящей через пароотводные каналы. В этой схеме осуществлен нетрадиционный подвод тепла к границе раздела жидкость-пар через осушенную капиллярную структуру. Такой подвод исключает воэможность вскипания теплоносителя с по" следующим нарушением снабжения им гра 30 ницы раздела жидкость-пар. Большой капиллярный напор мелкодисперсной капиллярной структуры позволяет поднимать жидкость на большую высоту (до 6 м)1 1).

Недостатком известной трубы является то, что передача больших тепло. вых потоков в ней ограничена большими потерями давления при просачивании жидкости и пара сквозь мелкие поры. Для уменьшения этих потерь необходимо уменьшать толщину стенки стакана, что трудно выполнить технологически, а также в силу самой конструкции. Такая зона испарения имеет большой капиллярный напор, но и большое гидравлическое сопротивление.

Известна также тепловая труба, у которой внутрь вставлены соприкасающиеся с внутренней стенкой шайбы иэ сплошного и пористого материала с чередованием их между собой. Отверстия шайб имеют форму многоконечных звезд, так что при сборке их в трубе образуются канавки треугольного профиля. В образованную полость вставляется сплошная гомогенная артерия иэ капиллярно-пористого материала, соприкасающаяся с вершинами

1000 зубцов. Пар при выходе его иэ артерии собирается в канавках и транспортируется в зону конденсации р 2).

Недостатком такой конструкции является ее ограниченность по передаваемому тепловому потоку, во-первых, > вследствие больших потерь давления при движении пара по канавкам, возникающих при сочетании его больших скоростей с малыми поперечными размерами канавки, и, во-вторых, вслед 1Î ствие довольно низкого капиллярного напора войлочной артерии. Применение пористых шайб.не играет определяющей роли, так как очень велика вероятность осушения места их контакта с артерией. Таким образом, эта эона испарения имеет более низкий капил.лярный напор по сравнению с предыдущей и относительно большое гидравлическое сопротивление.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является капиллярная структура зоны испарения тепловой трубы, выполненная в виде продольных ребер из капиллярнопористого материала, расположенных на внутренней поверхности зоны испа рения (3 J.

Недостатком и звестной капиллярной структуры является невысокая удельная тепловая нагрузка. 30

Цель изобретения — повышение удельной -тепловой нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что ребра в основании имеют мелкопористый и крупнопористый слои, последний из которых имеет контакт с поверхностью зоны испарения, причем слои имеют следующие характеристики: (4 = (О, О 0 5 — О, 1) g y,, СГ, = (О, 0 О 540

«Щф и (f (0,3 — 0,005)g, P где dy — диаметр пор мелкопористого слоя, Д вЂ” диаметр пор крупнопористого45

К слоя;

0 — толщина мелкопористого слоя, высота ребра, толщина крупнопористого 50 слоя.

При этом поверхность ребер, кроме поверхности основания, снабжена покрытием из мелкопористого материала. 55

На фиг. 1 изображена предлагаемая капиллярно-пористая структура, на фиг. 2 — узел I на фиг. 1.

Капиллярная структура эоны испарения тепловой трубы выполнена в виде продольных ребер 1 из капиллярно- пористого материала, расположенных на внутренней поверхности эоны 2 испарения, ребра 1 в основании имеют мелкопористый 3 и хрупнопористый 65

725

Капиллярная структура работает следующим образом.

В режиме испарения структура работает как обычные ребра из монодисперсной капиллярной структуры.

При наступлении режима кипения крупнопористый слой 4 осушается и далее с ростом тепловой нагрузки он работает как проводник тепла к поверхности раздела пар -жидкость., которая образуется на мелкопористом слое 3.

Одновременно через крупнопористый слой 4 осуществляется выход пара . в паровое прострайство. Мелкопористый слой 3 не дает пробиться пару в полость ребра 1 в силу своего высокого гидравлического сопротивления.

Таким образом, гидродинамика теплоносителя по .ребру 1 не нарушается и предлагаемая капиллярная структура способна работать в высоконапряженном режиме до достижения капилляр4

4 слои, последний из которых имеет контакт с поверхностью эоны 2 испарения, причем слои имеют следующие характеристики: Др, =(0,005-0,1)4, (0,005 — О,Цhp и (f = (0,3

О, 005)Pp .

Поверхность ребер 1, кроме поверхности основания, может быть снабжена покрытием 5 из мелкопористого материала.

Чтобы получить максимальный эффект от предлагаемой капиллярной структуры, диаметр пор мелкопористого слоя должен быть как можно меньше, но при ,этом не должен быть соизмерим с размерами пор крупнопористого слоя 4, так как в этом случае эффективность такой капиллярной структуры резко падает. Существую-. мелкопористые капиллярные структуры из спеченных порошков, которые имеют диаметр пор порядка 1 мкм.

В,то же время наиболее широко применяются в тепловых трубах капиллярные структуры, обеспечивающие транспорт теплоносителя, с размерами пор от нескольких десятков до нескольких сотен микрон, т. е. на 2-2,5 порядка больше реально существующих минимальных пор. Исходя из этого, диаметр пор мелкопористого слоя следует выбирать в диапазоне 0,005-0,1Д .

Толщина мелкопористого слоя также должна быть как можно меньше из соображений уменьшения гидравлических потерь при просачивании жидкости через него. Но получение сверхтонкого слоя сопряжено пока с большими технологическими трудностями, поэтому наиболее реальный диапазон для толщины мелкопористого слоя составляет 0,005-0,1 р . Из этих же соображений рекомендуется выбирать толщину крупнопористого слоя в диапазоне 0,3-0,005 Qp

1. I 000725

Формула изобретения

9 èã 2

Составитель Ж. Можаева

Редактор П. Макаревич Техред А, Бабинец Корректор И. Шулла

Заказ 1350/37 Тираж б70 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"-, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного предела, определяемого мелкопористым слоем 3.

Экономический эффект, получаемый при применении предлагаемой капиллярной структуры, заключается в создании тепловых труб, обладающих высокой теплопередающей способностью.

1. Капиллярная структура эоны испарения тепловой трубы, выполненная в виде .продольных ребер .иэ капиллярно-пористого материала, расположенных на внутренней поверхности эоны 15 испарения, отличающаяся тем, что, с целью повышения удельной тепловой нагрузки, ребра в основании имеют мелкопористый и крупнопористый слои, последний из которых имеет контакт с поверхностью зоны испарения, причем слои имеют следующие характеристики: дм =(0,005 — 0,1) дк (Г = (0,005-0,1) ф р и д = (0,3-0,005)йр, где d диаметр пор мелкопористого слоя; — диаметр пор крупнопористого слоя, 6„ — толщина мелкопористого слоя; высота ребра; — толщина крупнопористого слоя.

2. Структура по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что поверхность ребер, кроме поверхности осно вания, снабжена покрытием из мелкопористого материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза

1. Авторское свидетельство СССР

9 495522, кл. F 28 D 15/ОО, 1974.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 708750, кл. F 28 D 15/00, 1979 .

3. Патент Cm и 3587725, кл. 165-105, опублик. 1968.