Теплова мікротрубка

1 Теплова мікротрубка, що містить частково заповнений рідким теплоносієм цільний герметичний корпус з капілярними мікроканалами, розміщеними уздовж корпуса та утвореними якнайменш одним мікроканалоутворюючим елемен том, що розташований в порожнині корпуса уздовж його довжини, та корпусом, яка відрізняється тим, що мікроканалоутворюючий елемент виконано у вигляді джгутика, що звитий з мікропроволок, причому джгутик спечено з внутрішньою поверхнею корпуса, а мікропроволоки в джгутики спечені між собою, при цьому мікропроволоки своїми поверхнями утворюють додаткові капілярні мікроканали всередині зазначеного мікроканалоутворюючого елементу 2 Теплова мікротрубка по п 1, яка відрізняється тим, що діаметр мікропроволок в 2 200 разів менший від діаметра мікроканалоутворюючого елементу Винахід відноситься до галузі теплотехніки, зокрема до конструкцій теплопередаючих пристроїв зі зниженою масою та габаритними розмірами, що працюють з використанням замкненого випаровувально-конденсаційного циклу, і може знайти застосування у КОСМІЧНІЙ галузі, ракетобудуванні, авіаційному приладобудуванні, обчислювальній техніці, радіотехніці при конструюванні систем охолодження тепловиділяючих елементів та пристроїв на основі теплових мікротруб Відома конструкція теплової мікротрубки з внутрішнім діаметром не більше 1мм (див патент Японії №5-24435, МПК F28D15/02, РЖ ИСМ, вип 79, №6, 1995р) Корпус мікротрубки утворений шляхом згортання у циліндр заготовки з тонкого гнучкого листового матеріалу, до якого припечено тонкий шар металоволокнистої капілярно-пористої структури КІНЦІ корпусу зроблено герметичними Недоліком такої теплової мікротрубки є низька технологічність, що обумовлено необхідністю використання для її виготовлення складного технологічного обладнання Відома також конструкція плоскої теплової мікротрубки (див книгу «Яшин А А Конструирование микроблоков с общей герметизацией» - М Радио и связь, 1985, с 89 - 90, рис 6 9, б), яка містить у своему складі частково заповнений рідким теплоносієм корпус прямокутного поперечного перерізу з розмірами 1,5x6 мм, що виготовлений з тонкого металевого листу за допомогою штампування Всередині корпусу уздовж однієї широкої сторони розташовано шар капілярно-пористого матеріалу, наприклад, з металевої чи скляно-волокнистої сітки, який притиснутий до внутрішньої поверхні широкої стінки корпусу виштампуваною видавкою на протилежній СТІНЦІ Недоліком даного технічного рішення є також низька технологічність виготовлення, що обумовлено необхідністю використання штампувального обладнання Крім того, з'єднання шару капілярної структури з корпусом за рахунок притискування обумовлює високий термічний опір в зоні випаровування теплової мікротрубки Відома конструкція теплової мікротрубки, що має в своєму складі частково заповнений рідким теплоносієм корпус циліндричної форми з прокладеної всередині уздовж корпуса проволоки круглого поперечного перерізу (див статтю «Николаенко Ю Е , Кравец В Ю Исследование режимов температурной обработки медных оболочек тепловых микротруб» в журналі «Технология и конструирование в электронной аппаратуре», 2000г, №1, с 19, рис 1,в) Проволока припечена до внутрішньої стінки корпусу для зменшення термічного опору Недоліком такої конструкції теплової мікротрубки є невисокий максимальний тепловий потік, який передається мікротрубкою Це обумовлено ю СО ^О ю 50435 обмеженістю КІЛЬКОСТІ теплоносія, що передається по мікрокапілярах, які утворені поверхнями проволоки та внутрішньої стінки корпуса Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого за сукупністю ознак і технічному результату (пристрій - прототип) є теплова мікротрубка (див а с СССР №1814025 А1, МПК F28D15/02, опубл 07 05 93г, бюл №17), що містить в своєму складі частково заповнений теплоносієм герметичний корпус з капілярними мікроканалами, які орієнтовані уздовж корпуса мікротрубки Корпус мікротрубки виконано цільним, а капілярні мікроканали утворені між корпусом та відрізками проволоки, що розташовані в порожнині корпуса паралельно між собою та паралельно поздовжній осі корпуса, та в місцях контакту відрізків проволоки між собою Відрізки проволоки мають круглий поперечний переріз, при цьому сума діаметрів відрізків проволоки дорівнює внутрішньому діаметру корпуса Недоліком прототипу є зменшення парового простору в корпусі мікротрубки та незначний об'єм мікроканалів, що обмежує максимальну тешюпередаючу здатність теплової мікротрубки Другим недоліком прототипу є обмеженість теплопередаючої здатності мікротрубки внаслідок зриву рідини з поверхні капілярних мікроканалів зустрічним потоком пари (коли його швидкість досить велика), оскільки потоки пари і рідини рухаються суворо у протилежних напрямках і на поверхні розділу фаз виникає зсувна сила, яка при досягненні достатньої величини і призводить до зриву плівки теплоносія В основу винаходу поставлено задачу створити таку теплову мікротрубку, яка б при виконанні капілярних мікроканалів за допомогою подовжніх мікроканалоутворюючих елементів мала підвищений об'єм мікроканалів при одночасному збереженні або збільшенні поперечного перерізу парового простору, завдяки чому була б забезпечена підвищена теплопередаюча здатність теплової мікротрубки Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в тепловій мікротрубці, що містить в своєму складі частково заповнений рідким теплоносієм герметичний корпус з капілярними мікроканалами, розміщеними уздовж корпуса та утвореними якнайменш одним мікроканалоутворюючим елементом, що розташований в порожнині корпуса уздовж його довжини, та корпусом згідно з винаходом, мікроканалоутворюючий елемент виконано у вигляді джгутика з мікропроволок, причому мікропроволоки спечені між собою та з внутрішньою поверхнею корпусу Крім того, діаметр мікропроволок в 2 200 разів меншій від діаметру мікроканалоутворюючого елементу Суть винаходу та принцип дії заявленого пристрою пояснюється кресленнями На фіг 1 в збільшеному масштабі показано теплову мікротрубку у поздовжньому розрізі, на фіг 2 - поперечний переріз теплової мікротрубки (також в збільшеному масштабі), а на фіг 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - приклади варіантів виконання капілярних мікроканалів Теплова мікротруба, містить в своєму складі частково заповнений рідким теплоносієм, напри клад дистильованою водою, герметичний корпус 1 з денцями 2 та 3, які виконано, наприклад, з МІДІ Денці 2 та 3 вакуумнощільно з'єднано з корпусом 1, наприклад, за допомогою аргоно-дугового зварювання В паровому просторі корпусу 1 уздовж його довжини розташовано якнайменш один мікроканалоутворюючий елемент 4, що виконаний у вигляді джгутика мікропроволок, наприклад мідних Діаметр мікропроволок в 2 200 разів меншій від діаметру мікроканалоутворюючого елемента (джгутика) Така межа співвідношення мікропроволок і мікроканалоутворюючого елементу вибрано із існуючих діаметрів мікропроволок (мінімальні розміри мікропроволок 2мкм) Мікроканалоутворюючий елемент 4 (джгутик) спечено з внутрішньою поверхнею корпуса 1 теплової мікротрубки і утворює капілярні мікроканали, що розміщені уздовж корпуса Мікропроволоки джгутика спечені також між собою з утворенням поверхнями сусідніх мікропроволок додаткових капілярних каналів всередині джгутика Завдяки цьому пористість мікроканалоутворюючого елемента 4 може складати до 50 ВІДСОТКІВ При внутрішньому діаметрі корпуса теплової мікротрубки, наприклад, 2мм діаметр мікропроволок може складати, наприклад, від 20 до 500мкм КІЛЬКІСТЬ мікропроволок у джгутики складає при цьому від 2 до 50 одиниць В якості такого джгутика може бути взятий відрізок стандартного багатожильного мідного проводу ПЩС-1,0 (ГОСТ 9125-74) Капілярні мікроканали утворені не лише поверхнями мікропроволок і корпуса мікротрубки, до якого джгутик припечено, а і між сусідніми мікропроволоками всередині мікроканалоутворюючого елемента (джгутика) Поперечний переріз корпусу 1 теплової мікротрубки може мати любу геометричну форму (круглу, овальну, квадратну, прямокутну, трикутну та ІНШІ) Теплова мікротрубка може мати декілька мікроканалоутворюючих елементів, один чи декілька з яких виконано у вигляді джгутиків однакового або різного діаметрів (див фіг 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) На фіг 3 капілярні мікроканали утворені двома джгутиками, на фіг 4 - одним джгутиком і одним відрізком проволоки, на фіг 5 - внутрішня поверхня корпусу покрита цілим рядом джгутиків, на фіг 6 один джгутик розміщено у корпусі прямокутного перерізу, на фіг 7 - теж саме, але з двома джгутиками, що розташовані між стінками корпусу, на фіг 8 - варіант, коли джгутики розташовано по кутах корпусу, на фіг 9 - один джгутик розміщено в корпусі овального перерізу, на фіг 10 - три джгутика розташовано в тонкому плоскому корпусі Можливі і ІНШІ конструктивні приклади виконання теплової мікротрубки Корпус теплової мікротрубки може мати змінний поперечний переріз по довжині мікротрубки, а також один чи декілька вигинів Теплова мікротрубка працює таким чином При підведенні теплоти к одному з КІНЦІВ вакуумованого та частково заповненого робочою рідиною корпусу 1 теплової мікротрубки робоча рідина в зоні нагріву починає випаровуватися, поглинаючі заховану теплоту пароутворення (на фіг 1 підведення та відведення теплоти показано стрілками) Пара під дією перепаду тиску переміщується в більш холодний кінець корпусу, де конденсується, від 50435 Заявлена теплова мікротрубка у порівнянні з прототипом дозволяє підвищити теплопередаючу здатність завдяки збільшенню об'єму рідкого теплоносія в капілярах мікро-каналів при незмінному поперечному перерізі конструктивного мікроканалоутворюючого елемента (джгутика) Так, пористість джгутика може складати до 50 ВІДСОТКІВ, у ТОЙ час як у прототипі вона дорівнює нулю Виконання теплової мікротрубки згідно з заявленим рішенням забезпечує створення додаткових капілярних мікроканалів в тих же самих габаритах мікротрубки і при збереженні (або збільшенні) парового простору всередині теплової мікротрубки даючи заховану теплоту пароутворення СТІНЦІ корпусу 1 Від ЗОВНІШНЬОЇ поверхні зони конденсації теплової мікротрубки теплота відводиться в оточуюче середовище Конденсат з зони конденсації по капілярах, що утворені мікроканалоутворюючим елементом (джгутиком) 4 як в зонах контакту останнього з корпусом, так і всередині джгутика перекачується в зону випаровування, і цикл передачі теплоти повторюється Промислова придатність заявленого пристрою підтверджується використанням для його виготовлення відомих технологічних процесів, зокрема спечення, вакуумування, заповнення рідиною, аргоно-дугового чи холодного зварювання тощо Для виготовлення теплової мікротрубки не потрібно використання складного технологічного обладнання, як наприклад, штампувального Спікання мідного мікроканалоутворюючого елемента 4 з мідним корпусом 1 здійснюється у захисному чи відновлювальному середовищі (наприклад, аргоні чи водні) при температурі, близької до температу Крім того, заявлене технічне рішення має перевагу перед прототипом у тому, що капіляри мають звивисту форму удовж корпусу мікротрубки, що зменшує вірогідність зриву рідкого теплоносія зустрічним потоком пари у процесі роботи мікротрубки при високих теплових потоках та високих швидкостях пари, що підвищує надійність роботи та максимальний тепловий потік, що передається тепловою мікротрубкою ри плавлення МІДІ Фіг. Ї . Фіг 1. 50435 Фіг 4 ФЇГЗ Фіг 6 Фіг? Фіг 9 ФІГ 5 ФІГ 8