Тепловая труба
682749
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.06.7; (21) 2494871 29-06 (51) М. Кл."Г 28D 15/00 с присоединением заявки ¹
Государственный комитет (23) Приоритет
Опубликовано 30.08.79. Бюллетень ¹ 32
Дата опубликования описания 30.08,79 (53) УДК 621.565.58 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Ю. Ф. Герасимов, Г. В. Говорухин, В. М. Киселев, Н. В. Огородов, Н. А. Семихатов и Б. Н. Харин (71) Заявитель (54) ТЕПЛОВАЯ ТРУБА
Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем.
Известны тепловые трубы, содержащие соединс ныс при помощи паропровода и конденсатопровода конденсатор и испаритель, внутренние стенки которых покрыты капиллярно-пористым материалом (1).
При нагреве в испарителе тсплоноситсль испаряется и под действием перепада давления по паропроводу устремляется в конденсатор, где конденсируется. Я(идкий теплоноситсль капиллярными силами возвращается в испаритель.
Известные тепловые трубы в условиях средних и низких температур передают незначительные тепловые потоки, имеют высокие перепады температур по своей длине, которые изменяются в широких пределах при изменении ориентации тепловой трубы
В IIPOCTPBHCTBC.
Наиболее близким из известных рсшсшш настоящему изобретению является тепловая труба, содержащая соединенные при помощи паропровода и конд"нсатопровода испаритель и конденсатор, внутри первого из которых размещен капиллярно-пористый наполнитель с паровыми каналами, сообщающимися с паропроводом, и расположснные по торцам испаритсля полости, сообщающиеся с конденсатопроводом (2).
При нагреве испарителя пар поступает в паровые каналы капиллярно-пористого наполнитсля и затем по паропроводу движется к конденсатору. Под действием давления пара теплоноситель, находящийся в паропроводе и в конденсаторе в момент запуска тепловой трубы, вытесняется в компенсационные полости испарителя, на которой происходит подпитка капиллярно-пористого наполнптсля.
Такая тепловая труба может передавать мощности гораздо более высокие, чем тепловые трубы, рассмотренные выше, имеет незначительный перепад температур между испарителем и конденсатором и может работать при различных ориентациях относительно вектора силы тяжести.
20 Однако конструкция данной тепловой трубы имеет недостатки. При попадании во время заполнения тепловой трубы внутрь ее пеконденсирующсгося газа или выделения его внутри в процессе работы трубы, он
20 скапливастся во всех случаях прп работе трубы в полости конденсатора и блокирует его поверхность. В случае, когда пузырь из неконденспрующегося газа перекрывает всю IIQBcpxHocTb конденсатора, работа теп30 ловой трубы полностью нарушается. K нс68274
3 достаткам следует отнести и тот факт, что при положениях тепловой трубы, когда компенсационные полости расположены вверху, в момент запуска теплоноситель контактирует кольцом с небольшим нижн11м участком капиллярно-пористого наполни I Cля и подпитка жидкостью к верхней его части против сил тяжести затруднена. В этом случае жидкости, находящейся в капиллярно-пористом наполнителе, может оказаться 10 недостаточно для нормального запуска тепловой трубы и в верхней части капиллярнонористого наполнитсля произойдет осуlllcние капилляров и значительное повышение
Tc м пер а тур ы.
Указанные недостатки будут устранены в том случае, когда капиллярно-пористый наполнитель при любом положении тепловой трубы будет в контакте с теплоносителем и будет происходить гарантированная его 20 подпитка в процессе работы.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности при любой ориентации трубы в поле сил тяжести и предотвращение влияния некондснсирую- 2:) щихся газов.
Указанная цель достигается тем, что паровыс каналы выполнены глухими с торцов и сосдинены с паропроводом через KQJII Ucвую проточку, выполненную по псриферии 30 наполнителя, а торцовые полости соединены осевым каналом, также выполненным в наполнителе, а также тем, что конденсатор выполнен в виде трубопровода, расположенного параллельно осевому каналу в напол- Л нителе, имеющему форму сопряженных усеченных конусов, а конденсатопровод введен внутрь канала до зоны их сопряжения.
На фиг. 1 изображсна тспловая труоа, 10 продольный разрез; на фиг. 2 — то жс, поперечный разрез.
Тепловая труба содсржит исиаритсль 1 и конденсатор 2, сосдинснныс посрсдсгвом паропровода 3 и конденсатопровода 4. Па- 4> ропровод 3, конденсатор 2 и конденсатопровод 4 выполнены, например, в виде единого канала без капиллярно-пористого наполнителя. Внутри испарителя 1 расположен капиллярно-пористый наполнитель 5, нмс1ощи11 глухис каналы 6 для проходя паря. 1(анялы 6 с помощью кольцевой проточки 7 сосдинены с паропроводом 3. 1(allaлы 6 первоначально выполняют сквозными, а зятем заглушают с помощью заглушек с pop- 5:> цов капиллярно-пористого наполнителя 5.
Также внутри испаритсля 1 выполнены полости, состоящие из двух одинаковых по форме и размсру резервуаров 8 и сосдшгяющсго их сквозного канала 9 в капилляр- 00 но-пористом наполнителс 5. Резервуары 8 расположены симметрично с торцов капиллярно-пористого наполнителя 5 и кахкдый имеет объем Vp. Диаметр резервуаров 8 больше диаметра капиллярно-пористого на- 65
4 полшггсля 5. Диаметр резервуаров 8 большс диаметры кыпи IJIHpHo-пористого IldlloJIннтеля 5. Это условие обеспечивает наличие объема VI, который составляет часть объема резервуара 8 и расположен выше капиллярно-пористого наполнителя 5 при размещении последнего в горизонтальном положении. Тепловая труба так заполнена теплоносителем 10 (Vðæ = Vol — 2 V1) и имеет такое соотношение объемов отдельных элементов (11 2V, (V„,+ Г„ч,+ V„„+ V,+ V,)), гдс V„— объем резервуара;
V1 — часть объема резервуара, расположенная выше капиллярпо-пористого наполнителя, при размещении последнего в горизонтальном IIQJIQ?KOIIIIH относительно своей продольной оси;
1 пк объем паровых каналов капиллярно-пористого наполнителя;
Vnp — объем кольцевой проточки;
V — объем паропровода;
V« — объем конденсатора;
Vi — объем, занимаемый нсконденсирующимся газом внутри тепловой трубы;
V»< — объем жидкого теплоносителя внутри тепловой трубы;
V0I; — общий объем пустот внутри тепловой трубы, включая объем
OTKPbITbIX 11ОР K2111IJIJIIIP}IO-ПОрпстого наполнителя, что при любой ориентации в пространстве каппллярно-пористый наполнитель полностью находится в теплоносителс, а часть объема полостей (2V или часть
Up) расположена выше верхней точки капиллярно-порисгого наполнитсля. В своей IIIcòè полости сканливыстся нскондснсирующийся г13 и туда жс происход11г вытсснеlllIc хкидкости нри работе тепловой трубы.
Конденсатор 2 снабжен ребрами 11. С целью ограничения возможности вскипания рабочей жидкости на внутренней поверхности осевого канала 9, конденсатопровод 4 мо>кет быть заведен внутрь этого канала, куда будет производиться подача охлажденного конденсата. Выполненис осевого канала 9 в форме двух симметрично располо кснных, одинаковых усеченных конусов прспя гствует скоплению нсконденсирующегося газа внутри этого канала при горизонтальном расположении капиллярно-пористого наполнителя 5 и способствует выходу образующегося внутри канала 9 некопдснсирующсгося газа в объемы VI.
Работа тепловой трубы осуществляется следующим образом, В перво11ачальный момент времени теплоноситель 10 заполняет весь объем тепловой трубы, -кроме двух объемов или при другой ориентации свободной остается часть рсзервуара 8 и конденсатопровод 4.
682749
При подводе тепла к испарптелю 1 теплоноситель, находящийся- в прилегающих к поверхности подвода тепла капиллярах капиллярно-пористого наполнителя 5, начинает испаряться и образующийся пар поступает в каналы 6, где начинает повышаться давление. В то же время подвода тепла к полостям не происходит. Температура и давление паров жидкости в свободных объемах полостей остаются на прежнем уровне. Возникает разность температур, а следовательно и разность давления между этими объемами и каналами 6 капиллярнопористого наполнитсля 5. Когда разность давлений превысит сопротивление сил трения и веса столба жидкости теплоносителя происходит вытеснение жидкости из объема кольцевой проточки 7, паропровода 3 и кондснсатора 2 в полости. При этом заполняются объемы Vi или свободный объем резервуара 8 и конденсатопровод 4 при другой ориентации тепловой трубы. Неконденсирующийся газ скапливается в этих объемах и сам занимает объем V„. Пар по паропроводу 3 поступает в конденсатор 2, который охлаждается с помощью внешнего теплоотвода через ребра 11. Здесь происходит конденсация пара. Образующийся при конденсации пара жидкий теплоноситель перекрывает поперечное сечение канала конденсатора 2. На образующиеся пробки из жидкого теплоносителя давит пар, осуществляя движение теплоносителя по кондепсатопроводу 4 в полость. Таким образом, при работе тепловой трубы освобождаются от рабочей жидкости каналы 6 для прохода пара, кольцевая проточка 7, паропровод 3 и конденсатор 2. жидкость этих объемов вытесняется в свободные объемы полостей, в которых собирается и неконденсирующийся газ. Блокирования поверхности капиллярно-пористого наполнителя 5 неконденсирующимся газом не происходит, так как при любой ориентации тепловой трубы газ занимает объем V, выше капиллярно-пористого наполнителя 5. При любой ориентации как при неработающей тепловой трубе, так и в процессе ее работы, капиллярнопористый наполнитель 5 всегда полностью находится в жидком теплоносителе.
Тот факт, что капиллярно-пористый наполнитель 5 всегда полностью находится в жидком теплоносителе, обеспечивает сни5
1:)
Зо
3:)
50 же общего гидравлического сопротивления те) ловой трубы, так как в капиллярнопористом наполнителе 5, где гидравлическое сопротивление наибольшее, жидкому теплоносителю необходимо пройти только сравнительно небольшой участок от поверхности осевого канала 9 до поверхности подвода тепла. Этот же факт обеспечивает получение равномерного температурного поля на поверхности подвода тепла к испарителю 1.
Изобретение обеспечивает повышение надежности работы трубы прп любой ее ориентации в поле сил тяжести; возможность передачи значительных тепловых потоков; усграпенпе вредного влияния неконденспрующихся газов; получение равномерного температурного поля на поверхности испарптеля; устойчивьш запуск тепловой трубы при любой ес ориентации.
Формула изобретения
1. Тепловая труба, содержащая соединенныс при помощи паропровода и конденсатопровода испаритель и конденсатор, внутри первого из которых размещен капиллярно-пористый наполнитель с паровыми каналами, сообщающимися с паропроводом, и расположенные по торцам испарителя полости, сообщающиеся с конденсатопроводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности при любой ориентации трубы в поле сил тяжести ti предотвращения влияния неконденсирующихся газов, паровые каналы выполнены глухими с торцов и соединены с паропроводом через кольцевую проточку, выполненную по периферии наполнптеля, а торцовые полости соединены осевым каналом, также выполненным в наполнитсле.
2. Тепловая труба по п. 1, о тл и ч а ющ а я с я тем, что конденсатор выполнен в виде трубопровода, расположенного параллельно осевому каналу в наполнителе, имеющему форму сопряженных усеченных конусов, а конденсатопровод введен внутрь канала до зоны их сопряжения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 363844, кл. F 25В 19/04, 1971.
2. Авторское свидетельство СССР № 485296, кл. F 28D 15/00, 1974.
682749
Рог.1
Pge, g
Составитель В. Латышев
Редактор Е. Караулова
Корректор И. Позняковская
Заказ 2374/2 Изд. № 533 Тираж 727 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4:5
Типография, пр. Сапунова, 2
