Регулируемая тепловая труба

 

Изобретение относится к области теплотехники и позволяет осуществить регулирование процесса теплопереноса путем изменения расхода теплоносителя. Конденсатопровод регулируемой тепловой трубы заполнен капиллярной структурой из материала, обладающего фазовым переходом металл-полупроводник в рабочем диапазоне температур, и снабжен регулирующим устройством 6, которое в зависимости от температуры в испарителе 1 или конденсаторе 3 вызывает фазовый переход материала капиллярной структуры, который сопровождается изменением пористости последней. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1508085 А 1

<511 4 F 28 D 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322350/24-06 (22) 02.11.87 (46) 15.09.89. Бюл. № 34 (71) Омский политехнический институт (72) В. В. Шалай, А. Н. Булко, И. Н. Осипов, Г. Г. Блук и Л. Г. Чиркова (53) 621.565.58 (088.8) (56) Патент США № 3614981, кл. F 28 D 15/00, опублик. 1971.

Авторское свидетельство СССР № 926503, кл. F 28 D 15/02, 1980.

2 (54) РЕГУЛИРУЕМАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА (57) Изобретение относится к области теплотехники и позволяет осуществить регулирование процесса теплопереноса путем изменения расхода теплоносителя. Конденсатопровод регулируемой тепловой трубы заполнен капиллярной структурой из материала, обладающего фазовым переходом металлполупроводник в рабочем диапазоне температур, и снабжен регулирующим устройством 6, которое в зависимости от температуры в испарителе 1 или конденсаторе 3 вызывает фазовый переход материала капиллярной структуры, который сопровождается изменением пористости последней. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1508085

ЗО

25

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для регулирования процесса теплопереноса путем изменения расхода теплоносителя.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования.

На фиг. 1 представлена тепловая труба; общий вид; на фиг. 2 — часть конденсатопровода с регулирующим устройством в виде индуктора; на фиг. 3 — часть конденсатопровода с регулирующим устройством в виде разнополярных электродов, на фиг. 4 — сечение А — А на фиг. 3; на фиг. 5 — часть конденсатопровода с регулирующим устройством в виде нагревателя.

Регулируемая тепловая труба содержит испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные между собой паро- и конденсатопроводами 3 и 4. Последний заполнен капиллярной структурой 5, выполненной из материала, обладающего фазовым переходом металл-полупроводник в рабочем диапазоне температур, например, из оксидов ванадия и снабжен по периметру регулирующим устройством 6, изменяющим пористость этой структуры 5. При этом регулирующее устройство 6 имеет подвижный контакт 7, соединенный через блок 8 управления с датчиком 9 температуры, установленным на конденсаторе 10. Причем регулирующее устройство 6 может быть выполнено в виде индуктора 11 (фиг. 2) или установленных между собой с зазором 12 разнополярных электродов 13 (фиг. 3), одич из которых выполнен составным из отдельных частей с автономными выводами 14. В этом случае в конденсатопроводе 4 между его стенкой и капиллярной структурой 5 установлена фторопластовая прокладка 15, имеющая на части длины кольцевую проточку 16 под регулирующее устройство. Кроме того, регулирующее устройство 6 может быть выполнено в виде нагревателя 17 (фиг. 5).

Регулируемая тепловая труба работает следующим образом.

Теплоноситель под действием подводимой тепловой нагрузки испаряется в испарителе 1 и в виде пара по паропроводу 3 поступает в конденсатор 2, где конденсируется, отдавая свое тепло. Образовавшийся конденсат под действием капиллярных сил возвращается по капиллярной структуре 5 в испаритель 1. При этом если температура в объекте регулирования (испарителе и конденсаторе) не превышает допустимую, то подвижный контакт 8 регулирующего устройства 6 находится в крайнем левом положении. В случае, если температура регулирования повышается выше допустимой, сигнал от датчика температуры, помещенного на его поверхности, поступает в элемент сравнения блока 9 управления, и выработанный в нем сигнал рассогласования после усиления и подачи на исполнительный элемент, вызывает перемещение подвижного контакта 8.

Подвижный контакт, перемещаясь, вызывает расширение зоны воздействия электростатического, электромагнитного или теплового поля на капиллярную структуру 5 от нулевого до определенного значения, соответствующего величине сигнала рассогласования. При этом температура фазового перехода материала капиллярной структуры понижается на 3 — 5 С, что вызывает фазовый переход металл — полупроводник, а при воздействии теплового поля, температура капиллярной структуры увеличивается на 3 — 5 С по сравнению с температурой фазового перехода, что также вызывает фазовый переход, который сопровождается объемным расширением материала на 0,6 — 10%. Поскольку увеличение объема капиллярной структуры 5 при расширении не происходит в связи с жесткостью конструкции тепловой трубы, то происходит перекрытие пор внутри калиллярной структуры 5. Перекрытие пор будет полным или частичным в зависимости от первоначальной пористости материала. При этом гидравлическое сопротивление капиллярной структуры возрастает, вызывая уменьшение количества теплоносителя, поступающего в испаритель 1, тем самым и количества образовавшегося в испарителе 1 пара.

Уменьшение количества пара приводит к снижению тепловыделения на поверхности конденсатора 3, что вызывает снижение его температуры, а следовательно, и величины сигнала рассогласования. При этом подвижный контакт 8 возвращается к крайнему левому положению. Процесс продолжается до тех пор, пока температура объекта регулирования не становится равной допустимой. Величина температурного смещения 3 — 5 С определяется свойствами материала капиллярной структуры 5.

Теплопроводящая способность в тепловой трубе изменяется пропорционально количеству перекрытых пор. Воздействовать электрическими и тепловыми полями можно на узком участке капиллярной структуры или по всей ее длине. Этот и такие факторы, как изменение параметров полей и подбор пористости материала капиллярной структуры делают возможным получение необходимых характеристик как по плавности, так и по скорости регулирования теплопереноса в тепловой трубе.

Примеры. Регулирование теплового потока в криогенной тепловой трубе с теглоносителем фреон 21, капиллярной структурой, выполненной из порошкового материала Ч Оз со скачком электропроводности в 10" раз, начальной пористостью

25%, толщиной структуры 3 мм.

1508085

Варианты. Регулирование тепловым полем. При включении нагревателя с регулируемой мощностью 0 — 200 Вт в зависимости от величин подаваемого напряжения изменяется время нагрева капиллярной структуры, а соответственно, и время перекрытия пор. Плавное перекрытие пор капиллярной структуры достигается по мере нагрева. При достижении пористым материалом температуры Т=1500 К, капиллярная структура для прохода теплоносителя перекрывается полностью. При этом за счет расширения материала пористость уменьшается до 12%. Данный вариант позволяет осуществить плавное регулирование, но не позволяет мгновенно перекрывать пористую структуру, так как скорость распространения температурной волны в материале структуры конечна и невелика.

Регулирование электростатическим полем. При наведении электростатического поля напряженностью Е=12 кВ/см, происходят мгновенная сдвижка температуры фазового перехода материала и перекрытие пор. Это ведет к скачкообразному изменению гидравлического сопротивления, а при достижении пористости в 11 — 12%— к полному перекрытию капиллярной структуры. Изменяя напряженность электростатического поля Е, можно добиться линейного изменения гидравлического сопротивления от напряженности и практически мгновенно во времени.

Линейности изменения гидравлического сопротивления от напряженности Е добиваются за счет линейного изменения напряженности электростатического поля по толщине капиллярной структуры, что по частям (послойно) переводит материал структуры из фазы полупроводник в фазу металл, а следовательно по частям изменяет объем частиц структуры и величину пористости.

Регулирование магнитным полем. При регулировании теплового потока магнитным полем процессы, происходяшие в материале капиллярной структуры, аналогичны процессам, происходящим при регулировании электростатическим полем.

5 Таким образом, изобретение позволяет осуществлять регулирование теплопереноса в тепловой трубе воздействием на капиллярную структу ру, установленную в конденсатопроводе различных полей, йе накладывая ограничений на выбор теплоносителя.

Формула изобретения

1. Регулируемая тепловая труба, со-!

5 держащая испаритель и конденсатор, соединенные между собой паро- и конденсатопроводами, последний из которых заполнен капиллярной структурой и снабжен

vo периметру регулирующим устройством, изменяющим пористость этой структуры, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, капиллярная структура выполнена из материала, обладающего фазовым переходом металл полупроводник в рабочем диапазоне темпе25 ратур, а регулируюшее устройство имеет подвижный контакт, соединенный через блок управления с датчиком температуры, установленным на конденсаторе или испарителе.

2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что между стенкой конденсатопровода и капиллярной структурой дополнительно расположена фторопластовая прокладка, имеющая на части длины кольцевую проточку под регулирующее устройство, выполненное в виде индуктора или установленных между собой с зазорами разнополярных электродов, один из которых выполнен составным, из отдельных частей с автономными выводами.

3. Труба по и. 1, отличающаяся

4р тем, что регулируюшее устройство выполнено в виде нагревателя.

А-А

12

17

Составитечь С. Бугорская

Реда кто р И. Ка с а рда Техред И. Верес Корректор Э. Лончакова

Заказ 5530/44 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101