Контурна теплова труба

Контурна теплова труба, що містить: трубчастий корпус із зоною нагріву з кільцевою насічкою 3 во підвищує їх вартість і, відповідно, не сприяє розширенню їх застосування в різних галузях народного господарства. Найближчим аналогом технічної пропозиції слід вважати конструкцію контурної теплової труби, яка наведена в матеріалах (Proceed of the 6th European Symposium on Space Environmental Control Systems, Noordwijk, The Netherlands, 20-22 May 1997 (ESA Sp-400; August 1997) pp.372-375). Конструкція КТТ включає: зону нагріву, що складається з: трубчастого корпусу; капілярно-пористого елементу (капілярного насосу); випарника з паровідвідними каналами та колектором, які утворюються канавками на зовнішній поверхні капілярнопористого елементу і з'єднаної з ним внутрішньої поверхні корпусу нагрівача; конденсатора та трубопроводів пари і конденсату. Теплоносій (рідинна фаза) заповнює внутрішню частину циліндричного капілярно-пористого елементу і через нього, в радіальному напрямку, підводиться в зону випарника, при цьому капілярний насос виконує функцію гідравлічного затвору, що перешкоджає "прорив" пари в середину елементу. Наведена конструктивна схема передбачає підвід теплового потоку до зовнішньої поверхні корпусу зони нагріву і, відповідно, до контактуючого з нею капілярно-пористого елементу. На границі цих поверхонь відбувається пароутворення. Пара через паровідвідні канали і колектор поступає у паропровід, по якому переміщується у конденсатор, що охолоджується, наприклад, водою. Сконденсований теплоносій по конденсатопроводу повертається до зони нагріву, через компенсаційну порожнину у внутрішню частину капілярного насосу, який підживлює конденсатом (теплоносієм) зону пароутворення, і тепломасообмінний цикл контурної теплової труби повторюється. Наведена конструкція КТТ має недоліки, які обмежують її можливості більш широкого застосування у практиці: - технологічна складність виготовлення: капілярно-пористого елементу, значної кількості вакуум-щільних з'єднань і деталей конструкції; високі вимоги до точності спряження (з'єднання і розташування деталей в середині КТТ); - суттєвий інтервал коливань теплообмінних характеристик між окремими КТТ одного типорозміру (в одній серії), що обумовлено складністю процесів дегазації, вакуумування і точністю заповнення теплоносієм; - конструкція капілярно-пористого елементу вимагає використання матеріалів з низькою теплопровідністю (нікелеві, титанові порошки); - всі КТТ такого типу мають високу собівартість їх виробництва. В основу корисної моделі поставлена задача поєднання відносно простої технології виготовлення традиційних теплових труб (ТТ) з властивостями КТТ, зокрема можливістю сприйняття і передачі теплових потоків високої щільності, що пов'язано з реалізацією при пароутворенні принципу "перекинутого меніска". Цей підхід дозволяє відбирати тепло від "джерела" зі щільністю до 100Вт/см2 і тим самим розширити можливості застосування. Особливо актуальною ця властивість 40835 4 стає при використанні такого пристрою в теплонавантажених елементах електроніки, наприклад, у високочастотних потужних транзисторах. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що контурна теплова труба складається з: трубчастого корпусу із зоною нагріву, на внутрішній поверхні якої нанесена кільцева насічка; зон транспорту і конденсації; капілярної структури; компенсаційних порожнин та трубопроводів пари і конденсату, яка відрізняється тим, що капілярна структура в зоні нагріву контурної теплової труби має наскрізні прорізи, а на ділянці зони транспорту - компенсаційні порожнини, при цьому до внутрішньої поверхні капілярної структури від зони нагріву до кінця зони конденсації приєднана паропровідна трубка, в якій по довжині зони нагріву над прорізами капілярної структури виконані отвори. Виготовлення такої конструкції КТТ суттєво спрощує технологію її виробництва і значно розширює можливості її застосування в галузях з масовим виробництвом приладів, що потребують вирішення проблем забезпечення теплових режимів. До цих галузей належить, наприклад, радіоелектроніка, мікроелектроніка, комутаційні та інформаційні системи та ін., де мають місце теплонавантажені елементи з високою щільністю теплових потоків. Принцип дії і послідовність тепломасообмінних процесів корисної моделі ілюструються кресленням. На Фіг.1 зображено повздовжній перетин КТТ; на Фіг.2 - її поперечний перетин І-І на Фіг.1. Конструкція КТТ складається з наступних елементів: трубчатого корпусу 1 із зонами конденсації (з. к.), транспорту (з. т.) і нагріву (з. н.) з кільцевою насічкою у вигляді дрібної різьби 2 на її внутрішній поверхні, капілярної структури 3, приєднаної до трубчатого корпусу 1, наприклад, спіканням, яка починається від зони нагріву і досягає початку зони конденсації. Капілярна структура 3, в межах зони нагріву, має повздовжні наскрізні прорізи 4, а в зоні транспорту сформовані компенсаційні порожнини 7, які зменшують поперечну площину структури у транспортній зоні на 1/4...1/3 периметру. До внутрішньої поверхні капілярної структури 3 від зони нагріву до кінця зони конденсації приєднана паропровідна трубка 5, в якій по довжині зони нагріву (над прорізами капілярної структури 4) виконані отвори 6. Деталі КТТ можуть бути виготовлені з розповсюджених матеріалів, наприклад: легованих сталей, а також використані теплопровідні матеріали, такі як мідь і алюміній. Це обумовлено тим, що ця конструкція виключає можливість "прориву" пари із зони нагріву в зону транспорту і припинення надходження рідини до зони нагріву. Паропровідна трубка 5 і капілярна структура 3 виготовляються з тих самих матеріалів, при цьому структура може формуватись як з мілкодисперсних металевих порошків з діаметром часток 1…10мкм, так і металевого волокна діаметром 20...50мкм і довжиною 3...4мм. В якості теплоносія допускається використання широкого спектру рідин (аміак, спирти, вода та ін.), підбір яких визначається хімічною нейтра 5 40835 льністю по відношенню до інших деталей КТТ, а також рівнем робочих (теплових) характеристик. КТТ працює наступним чином: тепловий потік Q підводиться до зони нагріву (кондукцією, конвекцією або випромінюванням), через стінку трубчатого корпусу 1 тепло передається у зону контакту виступів насічки 2 і капілярної структури, насиченої теплоносієм. Внаслідок нагріву, в найближчих до виступів порах структури виникає пароутворення. Пара по "канавках" насічки переміщується до найближчого прорізу 4 капілярної структури 3 і через нього і отвори 6 у паропровідній трубці 5 спрямовується до зони конденсації, де тиск пари завжди менше, ніж у зоні нагріву. Потік пари через торець паропровідної трубки 5 попадає до зони конденсації, на внутрішній стінці якої відбувається його конденсація. Конденсат всмоктується в капілярну структуру 3 і під дією капілярних сил (менісків у Комп’ютерна верстка C.Литвиненко 6 мікропорах в зоні контакту структури і виступів насічки) переміщується до зони нагріву, забезпечуючи пароутворення по всій її внутрішній поверхні, і цикл повторюється. У випадках коливання теплових потужностей або при запуску КТТ, коли сили тяжіння можуть частину теплоносія зосередити у вигляді "калюжі", наприклад у зоні конденсації, виникає потреба в надійному підживленні зони нагріву рідким теплоносієм. Для цього також, як і в прототипах, в конструкції КТТ передбачаються компенсаційні порожнини 4, заповнені теплоносієм. В цих випадках рідина з компенсаційних порожнин підживлює структуру у зоні нагріву до початку стабілізації тепломасообмінного циклу, наведеного вище. Запропонована конструкція КТТ не вимагає складних технологій для своєї реалізації і суттєво розширює діапазон її застосування. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601