Капиллярный насос-испаритель

 

Изобретение относится к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам и контурам с капиллярными насосами и направлено на создание капиллярного насоса-испарителя с любой длиной активной зоны в пределах практической потребности без снижения эффективности его работы, изготовленного на основе существующих технологий. Капиллярный насос-испаритель содержит корпус 1 с капиллярно-пористой насадкой 2, прилегающей к его внутренней поверхности, имеющей центральный канал 3 и продольные пароотводные проточки 4, образующие вместе с азимутальными пароотводными канавками 5, выполненными на внутренней поверхности корпуса 1, сообщающуюся систему для отвода паровой фазы теплоносителя в паровой коллектор 6 и состоит из последовательно соединенных секций. Корпус каждой секции герметично соединен встык с корпусом последующей секции. Секции капиллярно-пористой насадки 2 снабжены кольцевыми проточками 7 на стыкуемых концах, открытыми на внутреннюю поверхность корпуса 1, сообщающимися с продольными пароотводными проточками 4, а величина зазора на стыке секций капиллярно-пористой насадки 2 не превышает размера ее пор. Капиллярный насос-испаритель может быть снабжен дополнительными паровыми коллекторами 8, распределенными по его длине. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам и контурам с капиллярными насосами.

Известна конструкция тепловой трубы [1], содержащая испарительную камеру с капиллярно-пористой насадкой внутри. Насадка состоит из двух состыкованных симметричных частей, образующих центральную паровую полость - паровой коллектор, и снабжена радиальными каналами, служащими для отвода пара в центральную полость. Испарительная камера выполняет одновременно функцию испарительного теплообменника и капиллярного насоса, обеспечивающего прокачку теплоносителя по двухфазному контуру. Недостатком конструкции рассматриваемой испарительной камеры является низкая эффективность теплообмена в зоне испарения, образованной радиальными каналами, высокое гидравлическое сопротивление насадки при увеличении длины активной зоны испарения, а также высокая трудоемкость изготовления.

Известна также конструкция тепловой трубы [2], содержащая испаритель с капиллярно-пористой насадкой внутри, имеющий центральный канал, образующий поверхность впитывания жидкой фазы теплоносителя, и снабженной системой пересекающихся азимутальных и продольных канавок на поверхности, прилегающей к корпусу испарителя, образующих поверхность испарения и служащих для отвода пара в паровой коллектор.

Недостатками такого испарителя являются относительно низкая эффективность теплообмена в зоне испарения, высокая трудоемкость изготовления азимутальных канавок на поверхности капиллярной структуры и существенно ограниченная возможность увеличения длины его активной зоны.

Другая известная конструкция испарительной камеры контурной тепловой трубы [3] содержит капиллярно-пористую насадку, имеющую центральный канал и продольные пароотводные канавки на боковой поверхности, находящейся в контакте с корпусом испарителя. Вместе с азимутальными резьбовыми канавками на внутренней поверхности корпуса испарителя они образуют систему каналов для отвода пара в паровой коллектор, выполненный в виде кольцевой проточки на внутренней боковой поверхности корпуса. Для обеспечения торцевого подвода тепла к испарителю, на внутренней поверхности одной из его торцевых крышек, находящейся в контакте с торцом насадки, выполнены азимутальные и радиальные проточки, сообщающиеся между собой и с паровым коллектором через продольные канавки на поверхности насадки.

Недостатком такой конструкции испарителя является ограниченность длины его активной зоны.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и назначению к предлагаемому техническому решению, принимаемому за прототип, является капиллярный насос-испаритель [4] , содержащий капиллярно-пористую насадку (фитиль) с центральным каналом и продольными пароотводными проточками на боковой поверхности, находящейся в контакте с корпусом. Продольные проточки открыты на внутреннюю поверхность корпуса, на которой выполнены азимутальные резьбовые канавки, образующие вместе с продольными проточками сообщающуюся систему каналов для отвода пара от поверхности испарения.

Недостатком такой конструкции, как и во всех рассмотренных выше технических решениях, является ограниченная возможность увеличения длины активной зоны капиллярного насоса-испарителя. Это связано с тем, что для увеличения длины активной зоны необходим фитиль соответствующей длины. Однако существующий уровень техники не позволяет получать длинномерные (более 300 мм) капиллярно-пористые изделия с достаточно малым размером пор, высокой пористостью и однородностью, которые можно было бы подвергать прецизионной механической обработке, необходимой для формирования центрального и периферийных каналов, а также для посадки готового фитиля в корпус, обеспечивающей хороший контакт между ними.

Создание необходимого оборудования и разработка новой технологии потребуют очень больших материальных затрат и времени.

В основу изобретения положена задача создания капиллярного насоса-испарителя с любой длиной активной зоны в пределах практической потребности без снижения эффективности его работы, изготовленного на основе существующих технологий.

Поставленная задача решается тем, что капиллярный насос-испаритель, содержащий корпус с капиллярно-пористой насадкой прилегающей к его внутренней поверхности, имеющей центральный канал и продольные пароотводные проточки, образующие вместе с азимутальными пароотводными канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса, единую систему для отвода пара в паровой коллектор, сообщающийся с паропроводом, который может быть расположен, в частности, в торцевой части корпуса, состоит из последовательно соединенных секций. Соединение секций корпуса выполнено последовательно, встык, с обеспечением герметичности этого соединения относительно внешней среды.

Соединяемые секции капиллярно-пористой насадки имеют кольцевые проточки на стыкуемых концах, открытые на внутреннюю поверхность корпуса и сообщающиеся с продольными пароотводными проточками. Соединение секций насадки обеспечивает герметичность относительно перетечек пара в центральный канал. Проточки необходимы, во-первых для того, чтобы обеспечить связность продольных пароотводных проточек секций без специального их совмещения и, во-вторых, чтобы избежать локальной деградации насадки в местах соединения корпуса, например, путем сварки.

Соединение секций насадки выполнено таким образом, чтобы величина зазора между ними на стыке не превышала бы максимального размера пор капиллярно-пористой насадки, так как в противном случае возможны перетечки пара из зоны испарения в центральный канал.

Капиллярный насос-испаритель может быть снабжен дополнительными паровыми коллекторами, распределенными по его длине, в тех случаях, когда тепловая нагрузка на активную зону достаточно велика. Дополнительные коллекторы могут быть выполнены в виде кольцевых проточек на внутренней боковой поверхности корпуса или противоположных им проточек на боковой поверхности насадки, а также в виде комбинированных коллекторов, состоящих из совмещенных проточек корпуса и противоположных им проточек насадки. В качестве дополнительных коллекторов могут быть также использованы кольцевые проточки в местах соединения секций. Наличие нескольких дополнительных паровых коллекторов, распределенных по длине активной зоны, позволяет значительно снизить потери давления путем сокращения расстояния движения пара по продольным пароотводным проточкам до парового коллектора в капиллярном насосе-испарителе с большой длиной активной зоны. Это весьма существенно, поскольку возможность для увеличения числа продольных проточек на боковой поверхности насадки, служащих для отвода пара, и их поперечных размеров ограничена долей поверхности теплового контакта насадки с корпусом, оптимальная величина которой должна составлять примерно 50%.

Для случая, когда капиллярный насос-испаритель используется в контурных тепловых трубах, он может включать компенсационную полость (гидроаккумулятор), расположенную, в частности, между насадкой и одной из торцевых крышек корпуса.

При использовании его в двухфазных теплопередающих установках с капиллярной прокачкой, имеющих отдельный гидроаккумулятор, компенсационная полость вырождается в узкий технологический зазор между насадкой и торцевой крышкой корпуса.

На фиг.1 представлен частичный продольный разрез капиллярного насоса-испарителя с торцевым паровым коллектором; на фиг.2 - частичный продольный разрез капиллярного насоса-испарителя с дополнительными паровыми коллекторами, распределенными по его длине, каждый из которых совмещен с проточками на стыкуемых концах насадки, и кольцевым паровым коллектором в виде проточки в насадке; на фиг.3 - фрагмент продольного разреза капиллярного насоса-испарителя с дополнительным коллектором, совмещенным с проточками стыкуемых концов насадки; на фиг.4 - фрагмент продольного разреза капиллярного насоса-испарителя с кольцевым паровым коллектором в виде проточки в корпусе; на фиг. 5 - фрагмент продольного разреза капиллярного насоса-испарителя с дополнительным паровым коллектором, состоящим из проточек насадки на стыкуемых торцах, совмещенных с проточкой в корпусе.

Капиллярный насос-испаритель, согласно предлагаемому техническому решению, содержит корпус 1 с капиллярно-пористой насадкой 2, прилегающей к его внутренней поверхности, имеющей центральный канал 3, образующий поверхность для впитывания жидкой фазы теплоносителя. На боковой поверхности насадки 2 выполнены продольные пароотводные проточки 4, которые вместе с азимутальными резьбовыми канавками 5 на внутренней поверхности корпуса 1 образуют сообщающуюся систему каналов для отвода паровой фазы теплоносителя в паровой коллектор 6.

Капиллярный насос-испаритель состоит из последовательно соединенных секций. Соединение секций корпуса 1 обеспечивает его герметичность относительно внешней среды, а соединение секций насадки 2 обеспечивает ее герметичность относительно перетечек пара в центральный канал 3. Секции насадки 2 имеют кольцевые проточки 7 на стыкуемых торцах насадки 2, открытые на внутреннюю поверхность корпуса 1 и сообщающиеся с проточками 4.

Капиллярный насос-испаритель может быть снабжен несколькими дополнительными паровыми коллекторами 8 (фиг.2,3 и 5), распределенными по его длине и выполненными, например, в виде кольцевых проточек, совмещенных, в частности с проточками 7 на стыкуемых концах насадки (фиг.2 и 3).

Дополнительные паровые коллекторы 8 могут состоять также из проточек 7 насадки 2 на ее стыкуемых концах, совмещенных с проточками в корпусе 1 (фиг. 5).

Основной паровой коллектор 6 может быть выполнен в виде торцевого коллектора (фиг. 1), а также в виде кольцевого - выполненного в виде проточки в насадке (фиг.2) или в корпусе (фиг.4).

Для работы в составе контурной тепловой трубы капиллярный насос-испаритель может быть снабжен компенсационной полостью 10, которая при использовании отдельного гидроаккумулятора (же не показан) вырождается в узкий технологический зазор 11.

Капиллярный насос-испаритель работает следующим образом. При подводе тепловой нагрузки к активной зоне капиллярного насоса- испарителя, находящегося в составе теплопередающего устройства, жидкая фаза теплоносителя поступает в центральный канал 3 и через его поверхность впитывается в капиллярно-пористую насадку 2. За счет капиллярных сил жидкость движется преимущественно в радиальном направлении навстречу тепловому потоку, создаваемому тепловой нагрузкой от какого-либо источника тепла. Под воздействием тепла жидкость испаряется в азимутальные пароотводные канавки 5 и проточки 4. Образовавшийся пар отводится в паровой коллектор 6 или в дополнительные паровые коллекторы 8, которые связаны с паропроводом теплопередающего устройства.

При работе в составе контурной тепловой трубы компенсационная полость 10 используется для аккумулирования теплоносителя, вытесняемого из парового тракта, а технологический зазор 11 позволяет избежать деградации насадки при сварке крышки с корпусом.

Предлагаемая конструкция капиллярного насоса-испарителя позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от длинномерных источников тепловой нагрузки. При этом для изготовления капиллярных насосов-испарителей с большой длиной активной зоны может быть использована имеющаяся технологическая база.

Формула изобретения

1. Капиллярный насос-испаритель, содержащий корпус с капиллярно-пористой насадкой, прилегающей к его внутренней поверхности, имеющей центральный канал и продольные пароотводные проточки, образующие вместе с азимутальными пароотводными канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса, сообщающуюся систему для отвода паровой фазы теплоносителя в паровой коллектор, отличающийся тем, что капиллярный насос-испаритель состоит из последовательно соединенных секций, при этом корпус каждой секции герметично соединен встык с корпусом последующей секции, секции капиллярно-пористой насадки снабжены кольцевыми проточками на стыкуемых концах, открытыми на внутреннюю поверхность корпуса и сообщающимися с продольными пароотводными проточками, и величина зазора на стыке этих секций не превышает максимального размера ее пор.

2. Насос-испаритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными паровыми коллекторами, распределенными по его длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5