Теплова труба

1. Теплова труба, що містить циліндричний корпус і капілярну структуру, внутрішня поверхня якої обмежує простір парового каналу, яка відрізняється тим, що її капілярна структура являє собою цілісний каркас з металевих волокон, частково заповнений порошком, і поділяється на перший волоконно-порошковий шар з меншим розміром пор, що межує з внутрішньою поверхнею корпуса теплової труби, та другий власне волоконний шар з порами більшого розміру, що межує з простором парового каналу. 2. Теплова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що капілярна структура є цілісною тришаровою, яка містить додатковий третій волоконнопорошковий шар з порами меншого розміру, що межує з власне волоконним шаром з більшими порами і з простором парового каналу. 3. Теплова труба за 2, яка відрізняється тим, що другий власне волоконний шар перевищує по товщині перший і третій волоконно-порошкові шари в 2-8 разів, а по розміру пор в 5-10 разів. UA (21) a201001632 (22) 16.02.2010 (24) 25.10.2011 (46) 25.10.2011, Бюл.№ 20, 2011 р. (72) КОСТОРНОВ АНАТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, МОРОЗ АНАТОЛІЙ ЛЕОНТІЙОВИЧ, ШАПОВАЛ АНДРІЙ АНДРІЙОВИЧ, ШАПОВАЛ ІРИНА ВЛАДЛЕНІВНА (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М.ФРАНЦЕВИЧА НАН УКРАЇНИ (56) GB 1496633 A; 30.12.1977 RU 2208209 C2; 10.07.2003 JP 62188706 A; 18.08.1987 JP 2179802 A; 12.07.1990 US 2006/0124281 A1; 15.06.2006 WO 02/44639 A1; 06.06.2002 UA 49874 C2; 15.10.2002 2 (19) 1 3 Теплова труба згідно з винаходом може мати цілісну тришарову капілярну структуру та вміщувати волоконно-порошковий шар з порами меншого розміру, сумісний з внутрішньою поверхнею корпуса, власне волоконний шар з більшими порами і волоконно-порошковий шар з порами меншого розміру, сумісний з простором парового каналу. Заявлювана теплова труба може мати капілярну структуру, яка відрізняється тим, що другий чисто волоконний шар перевищує по товщині перший і третій волоконно-порошкові шари в 2-8 разів, а по розміру пор в 5-10 разів. Суть винаходу полягає в тому, що в створеній таким чином тепловій трубі рух теплоносія відбувається по власне волоконному шару, який відрізняється малим гідравлічним опором, а інтенсифікація теплообмінних процесів відбувається, перш за все, в тонкому волоконно-порошковому шарі з порами меншого розміру, припеченому до внутрішньої поверхні корпуса, за рахунок збільшення центрів пароутворення і зниження температури закипання теплоносія. В створеній тепловій трубі повернення теплоносія прискорюється високим капілярним тиском, який забезпечується дрібнопористою структурою третього волоконно-порошкового шару, сумісного з простором парового каналу. Оскільки інтенсифікація теплообмінних процесів в основному відбувається на межі "зовнішня поверхня капілярної структури - внутрішня поверхня корпуса теплової труби", а підвищення капілярного тиску - на межі "внутрішня поверхня капілярної структури - простір парового каналу", товщина волоконно-порошкових шарів може бути меншою в 2-8 разів від товщини власне волоконного шару. При виборі розмірів пор шарів капілярної структури необхідно враховувати фізичні властивості теплоносія і можливості виготовлення капілярної структури з заданими характеристиками. Виходячи з практики розробки пористих матеріалів з тонких металевих волокон і порошків, чисто волоконний шар може вміщувати пори розміром 50-500 мкм, а волоконно-порошкові шари - 10-50 мкм. При цьому, співвідношення розмірів пор власне волоконного шару до розмірів пор волоконно-порошкових шарів може змінюватися від 5 до 10. Запропонована теплова труба має композиційну цілісну капілярну структуру зі спечених між собою та припечених до внутрішньої поверхні корпуса теплової труби волоконних і порошкових частинок, чим і забезпечується широкий діапазон зміни її характеристик: розмірів пор, проникності, теплопровідності та міцності. Відносно теплових труб, які мають капілярну структуру із декількох шарів металевої сітки з різними розмірами вічок, теплова труба у відповідності з даним винаходом відрізняється високою теплопередавальною здатністю та стабільністю теплофізичних параметрів, найбільш сильно її переваги проявляються в екстремальних умовах експлуатації, при роботі проти сил гравітації. На фіг. 1-3 схематично представлені поздовжні і поперечні розрізи заявлюваної теплової труби. Поздовжній і поперечний розріз теплової труби з двошаровою капілярною структурою представлені 96350 4 на фіг. 1 та фіг. 2. Теплова труба, згідно з винаходом, має капілярну структуру, яка поділяється на волоконно-порошковий шар з меншим розміром пор 2, сумісний з внутрішньою поверхнею корпуса 1; власне волоконний шар з порами більшого розміру 3, сумісний з простором парового каналу 4, а також має зону випарювання 5 і зону конденсації 6. Поперечний розріз теплової труби з тришаровою капілярною структурою представлений на фіг. 3. Вказана теплова труба має капілярну структуру, яка вміщує волоконно-порошковий шар з меншим розміром пор 2, сумісний з внутрішньою поверхнею корпуса 1; власне волоконний шар з порами великого розміру 3; волоконно-порошковий шар з меншим розміром пор 7, сумісний з простором парового каналу 4. В тепловій трубі з тришаровою капілярною структурою рух теплоносія відбувається по високопористому волоконному шару, який відрізняється малим гідравлічним опором; інтенсифікація теплообмінних процесів в зоні випарювання 5 забезпечується тонким волоконно-порошковим шаром 2, сумісним з внутрішньою поверхнею корпуса 1, за рахунок збільшення центрів пароутворення і зниження температури закипання теплоносія; за рівень капілярного тиску відповідає тонкий волоконно-порошковий шар 7, сумісний з простором парового каналу 4. Пристрій працює наступним чином. При підводі тепла до корпуса 1 теплоносій випарюється з композиційної капілярної структури 2, 3, 7 і пар переміщується з випарювальної зони 5 в конденсаційну зону 6, за рахунок різниці тисків, а рідина, що утворюється, повертається в зону випарювання 5 за рахунок капілярних сил, і цикл фазових перетворень повторюється. Варіантом виконання теплової труби з двошаровою капілярною структурою (фіг. 1, фіг. 2) може бути мідна теплова труба з зовнішнім діаметром 10 мм і довжиною 800 мм. Капілярна структура вказаної теплової труби являє собою високопористу заготовку з волокон міді діаметром 50 мкм з зовнішнім діаметром 8 мм, внутрішнім діаметром 6 мм і довжиною 795 мм, заповнену з зовнішньої сторони, яка сумісна з внутрішньою поверхнею корпуса, порошком міді дисперсністю 40 мкм на глибину 0,2 мм. Варіантом виконання теплової труби з трьохшаровою капілярною структурою (фіг. 3) може бути теплова труба з нержавіючої сталі зовнішнім діаметром 12 мм і довжиною 500 мм. Капілярна структура такої теплової труби являє собою високопористу заготовку з волокон нержавіючої сталі діаметром 40 мкм з зовнішнім діаметром 10 мм, внутрішнім діаметром 8 мм і довжиною 495 мм, заповнену з зовнішньою і внутрішньою сторін порошком сталі дисперсністю 40 мкм на глибину 0,2 мм. Пристрій може бути виготовлений шляхом віброформування та спікання високопористої плоскої капілярної структури з тонких металевих волокон і порошків, введенням і припіканням її до внутрішньої поверхні корпуса, зварки, вакуумування, заправки теплоносія і герметизації теплової труби. 5 Заявлювана теплова труба має композиційну цілісну капілярну структуру зі спечених між собою і припечених до внутрішньої поверхні корпуса волокон і порошків. Вказана капілярна структура характеризується високою проникністю, теплопровідністю і капілярно-транспортною здатністю. В порівнянні з аналогічною тепловою трубою з власне волоконною капілярною структурою, запропонована теплова труба здатна передавати на 30-50 Комп’ютерна верстка В. Мацело 96350 6 % більші теплові потоки. Переваги запропонованої теплової труби проявляються в найбільш жорстких умовах експлуатації, при роботі проти сил гравітації. Запропонована теплова труба має хорошу перспективу для використання в системах термостатування в металургійній, хімічній та електронній промисловості, космічній та літакобудівній галузях. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601