Плоска контурна теплова труба

1. Плоска контурна теплова труба, що містить у своєму складі герметичний корпус з розміщеним всередині теплопідвідним елементом з паровідвідними каналами, капілярну структуру плоскої форми, насичену теплоносієм, компенсаційну порожнину, паропровід та конденсатопровід, яка відрізняється тим, що паропровід та конденсатопровід утворено протилежними стінками корпусу контурної теплової труби і теплогідроізоляційною пластиною, одна сторона якої защемлена між теплопідвідним елементом і капілярною структурою, а друга сторона утворює з корпусом прохід для конденсату. 2. Плоска контурна теплова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що теплопідвідний елемент виконано розрізним, причому площина розрізу не паралельна повздовжній осі теплової труби. 3. Плоска контурна теплова труба за п. 1, яка відрізняється тим, що з протилежної від теплопідводу сторони капілярної структури виконані канали, що з'єднані з компенсаційною порожниною. Корисна модель відноситься до галузі теплотехніки, зокрема до конструкцій теплопередаючих пристроїв, що працюють з використанням замкненого випаровувально-конденсаційного циклу, зона випаровування в яких організована за принципом «зворотного меніска», а паропровід і конденсатопровід теплоізольовані одне від одного. обмеження на застосування цього теплопередаючого пристрою через складність забезпечення надійного контакту між зоною нагріву такої теплової труби та тепловиділяючим елементом (діодом, елементом Пельт'є і т.д.). У більшості випадків для поліпшення теплового контакту використовується проміжний ложемент, одна сторона якого відповідає циліндричній формі теплової труби, а друга плоскій формі тепловиділяючого елемента, що призводить до збільшення термічного опору системи в цілому. Крім того, переохолоджена рідина після конденсатора в даній конструкції теплової труби потрапляє в компенсаційну порожнину зверху, і в нижній частині зони нагріву має максимально високу температуру, що підвищує ймовірність закипання рідини в цій зоні і блокування тим самим живлення капілярної структури конденсатом теплоносія, що особливо негативно впливатиме на роботу труби проти сил тяжіння. Корисна модель може знайти застосування у теплотехніці, приладобудуванні, електроенергетиці та інших галузях, де для передачі тепла необхідно мати пристрій з низьким термічним опором та підвищеною надійністю роботи. Відомий теплопередаючий пристрій - теплова труба (Тепловая труба. А.с. СССР №987354, МПК F28D15/00. - БИ №1, 07.01,1983), який містить випарник і конденсатор, з'єднані між собою паропроводом та конденсатопроводом. Випарник має всередині капілярну насадку у вигляді стакана з відігнутими кромками, яка щільно контактує з повздовжніми ребрами, які виконані в стінці металевого корпуса випарника на всю висоту стакана. Така конструкція випарника дозволяє інтенсифікувати теплообмін в зоні нагріву завдяки тому, що внутрішнє оребрення відіграє роль капілярної структури з високим коефіцієнтом тепловіддачі. Але циліндрична форма випарника накладає певні Відома інша конструкція теплопередаючого пристрою (Mark Т. North, David В. Sarraf, John H. Rosenfeld, Yuri F. Maidanik and Sergey Vershinin. High heat flux loop heat pipes. - Proceed of the 6 th European Symp. on Space Environmental Control, System, The Netherlands, 20-22 May, 1997, pp.371 376), який працює та принципом контурної тепло 00 со 4438 воі труби Випарник та конденсатор в цій конструкції мають циліндричну форму, а компенсаційна порожнина зони нагріву має верхній та нижній резервуари рідини При цьому переохолоджена в конденсаторі рідина потрапляє в верхній резервуар випарника по конденсатопроводу, що проходить всередині випарника і має тепловий контакт з нижнім резервуаром, охолоджуючи останній Це дає змогу зменшити ймовірність закипання в ньому рідини і підвищити необхідний перепад тиску для запуску і роботи теплової труби Циліндрична форма випарника в цій конструкції у більшості практичних випадків призводить до збільшення термічного опору системи "тепловиділяючий елемент-теплова труба" За прототип технічної пропозиції слід вважати конструкцію контурної теплової труби наведеної у ДОПОВІДІ V Kiseev, A Belonogov, Miniature heat transport systems with loop heat pipes - IV Minsk International Seminar "Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators", Minsk, Belarus, September 4-7, 2000 Конструкція прототипу містить у своєму складі плоский теплопщвідний елемент (випарник), плоску капілярну структуру, яка контактує з поверхнею теплопідвідного елемента, компенсаційну порожнину, паропровід та конденсатопровід Насичена теплоносієм капілярна структура в зоні контакту з теплопідвідним елементом має розгалужену систему радіальних та коаксіальних паровідвідних каналів Плоска форма капілярної структури в даній конструкції дає можливість значно зменшити термічний опір системи "тепловиділяючий елемент - теплова труба" При цьому як гаряча сторона капілярної структури в зоні контакту з випарником, так і холодна п сторона, що контактує з переохолодженою рідиною компенсаційної порожнини, практично ізотермічні, так як всі точки плоскої поверхні знаходяться в однакових температурних умовах Ізотермічність капілярної структури значно зменшує вірогідність локального закипання рідини на її холодній стороні і блокування тим самим живлення капілярної структури теплоносієм Недоліком прототипу є наявність окремих ЛІНІЙ паропроводу та конденсатопроводу, що з'єднують собою зони нагріву і конденсації Неможливість об'єднання всіх елементів контурної теплової труби в одному корпусі робить конструкцію громіздкою, що обмежує й застосування, наприклад, у разі, коли зона нагріву і зона конденсації розташовані в одній плоскості на невеликій відстані одна від одної У цьому випадку застосування плоскої конструкції прототипу призведе до невиправданого збільшення гідравлічного опору теплової труби через те, що довжина паропроводу обов'язково більше, ніж відстань між зоною нагріву і зоною конденсації Крім того, наявність окремих трубопроводів для конденсату і пари робить конструкцію прототипу нетехнолопчною з точки зору її масового виробництва Ще одним недоліком конструкції прототипу є той факт, що надійний контакт між теплопідвідним елементом (випарником) та капілярною структурою можна забезпечити лише шляхом їхнього притискання одне до одного під час заварювання корпуса зони нагріву, що досить складно з точки зору технології В основу корисної моделі поставлено задачу створити таку плоску контурну теплову трубу, яка б, шляхом розташування в одному корпусі зони нагріву, зони конденсації, паропроводу та конденсатопроводу, дозволила поширити межі її застосування, а також за рахунок виконання теплопідвідного елемента розрізним, була технологічною у виготовленні та забезпечувала надійний тепловий контакт між капілярною структурою та теплопідвідним елементом Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в плоскій контурній тепловій трубі, що містить у своєму складі герметичний корпус з розміщеним всередині теплопідвідним елементом з паровідвідними каналами, капілярну структуру плоскої форми, насичену теплоносієм, компенсаційною порожниною, паропроводом та конденсатопроводом, новим є те, що паропровід та конденсатопровід утворено протилежними стінками корпусу контурної теплової труби і теплопдроізоляційною пластиною, одна сторона якої защемлена між теплопідвідним елементом і капілярною структурою, а друга сторона утворює з корпусом прохід для конденсату Крім того, у плоскій контурній тепловій трубі теплопщвідний елемент виконано розрізним, причому площина розрізу не паралельна повздовжній ВІСІ теплової труби, а також з протилежної від теплопідводу сторони капілярної структури виконані канали, що з'єднані з компенсаційною порожниною Виконання теплопідвідного елементу розрізним з площиною розрізу не паралельною повздовжній ВІСІ теплової труби дозволяє гарантовано досягти надійного контакту між ним та капілярною структурою ще на стадії збирання конструкції до моменту заварювання корпусу теплової труби При цьому форма заготовки для корпусу теплової труби в поперечному розрізі має бути близькою до еліптичної, причому посередині її розмір дещо більший за сумарну товщину теплопідвідного елемента та капілярної структури, а ближче до краю дещо менший за ту ж сумарну товщину, а сама заготовка повинна бути виготовлена з пластичного та пружного матеріалу, наприклад, з нержавіючої сталі У цьому випадку повздовжнє зусилля під час збирання конструкції за рахунок непаралельності площини розрізу теплопідвідного елементу повздовжній ВІСІ теплової труби призводить до деформації корпусу труби у поперечному напрямку Таким чином корпус труби стає плоским, а його залишкова деформація забезпечує надійний тепловий контакт між теплопідвідним елементом та капілярною структурою після зняття осьового зусилля, необхідного для встановлення розрізного теплопідвідного елементу всередині корпусу Зібрана таким способом конструкція не потребує додаткового стискання в момент заварювання корпусу, що надає значні технологічні переваги при масовому виробництві З протилежної від теплопщводу сторони в капілярній структурі виконані канали, що з'єднані з компенсаційною порожниною Такі канали значно 4438 зменшують гідравлічний опір на шляху теплоносія від компенсаційної порожнини до зони випаровування Суть корисної моделі та принцип ди пояснюється кресленнями На Фіг 1 схематично показана контурна теплова труба у повздовжньому розрізі, на Фіг 2 - поперечний розріз теплової труби (no AА) в аксонометричному зображенні Плоска контурна теплова труба (Фіг 1) містить у своєму складі герметичний корпус 1 з розміщеними всередині теплопідвідним елементом 2 зони нагріву з паровими каналами 3, капілярною структурою 4 плоскої форми, насиченою теплоносієм, компенсаційною порожниною 5, паропроводом 6 та конденсатопроводом 7 Паропровід 6 та конденсатопровщ 7 утворено протилежними стінками корпусу 1 теплової труби і теплопдроізоляційною пластиною 8 з низькою теплопровідністю, одна сторона якої защемлена між теплопідвідним елементом 2 і капілярною структурою 4, а друга сторона утворює з корпусом 1 прохід 9 для конденсату Теплопщвідний елемент 2 виконано розрізним, причому площина розрізу 10 (Фіг 2) не паралельна повздовжній ВІСІ теплової труби 3 протилежної від теплопідводу сторони в капілярній структурі 4 виконані канали 11, які виходять в компенсаційну порожнину 5 Між теплопідвідним елементом 2 та компенсаційною порожниною розташована теплоізоляційна прокладка 12 Елементи контурної теплової труби можуть бути виконані, наприклад, із слідуючих матеріалів корпус 1-із нержавіючої сталі, капілярна структура 4 - із металевого (титан, нікель, нержавіюча сталь) порошку з діаметром частинок 1 8мкм, пористість капілярної структури 60 80% максимальний діаметр пор 0,5 5мкм, теплопщвідний елемент 2 - з алюмінію, теплопдроізоляційна пластина 8 - з кераміки В якості теплоносія можуть використовуватись, наприклад, аміак чи ацетон Контурна теплова труба працює наступним чином При підведенні та відведенні тепла (на Фіг 1 підведення та відведення тепла показано стрілками) в зонах нагріву - випаровування та конденсації ВІДПОВІДНО, через теплову трубу здійснюється тепло- та масоперенесення зі зміною агрегатного стану теплоносія Зона випаровування організована Комп ютерна верстка В Мацело за принципом "зворотного меніска" потоки тепла і маси спрямовані назустріч одне одному Теплоносій, що знаходиться в капілярній структурі 4, випаровується за рахунок тепла, що надходить із зони підведення тепла через теплопщвідний елемент 2 Надійний тепловий контакт між капілярною структурою 4 та теплопідвідним елементом 2 забезпечується за рахунок непаралельності площини розрізу 10 останнього повздовжній осі теплової труби Пара, що утворилася в зоні випаровування через парові канали 3 теплопщвідного елементу 2 та паропровід 6 рухається до більш холодної поверхні зони конденсації, де вона сконденсується При цьому виділяється прихована теплота пароутворення, яка за рахунок теплопровідності плоскої стінки корпуса 1 передається в оточуюче середовище Конденсат, що утворився, через прохід 9 потрапляє до конденсатопроводу 7 Защемлена між теплопідвідним елементом 2 та капілярною структурою 4 теплопдроізоляційна пластина 8 яка розділяє паропровід 6 і конденсатопровщ 7, виконана з нетеплопровідного матеріалу що зводить до мінімуму теплообмін між паро- та конденсатопроводом Після конденсатопроводу 7 конденсат теплоносія завдяки ди капілярних сил всмоктується в капілярну структуру 4 і транспортується по ній в зону випаровування Надлишок конденсату теплоносія збирається в компенсаційну порожнину 5, звідки по каналах 11 капілярної структури 4 може надходити в зону випаровування Конденсат теплоносія після повернення до зони випаровування знову випаровується , і цикл тепломасоперенесення повторюється Завдяки перепаду тиску між зоною випаровування та компенсаційною порожниною 5 контурна теплова труба надійно працює при будь-якій орієнтації в просторі Капілярна структура 4 під впливом капілярних сил не дає можливості пару, що утворюється в зоні випаровування, проникнути в компенсаційну порожнину 4 та конденсатопровщ 7 і заблокувати тим самим надходження конденсату теплоносія до зони випаровування Таким чином, запропонована конструкція забезпечує надійну роботу плоскої контурної теплової труби при ДОВІЛЬНІЙ орієнтації у просторі Будучи технологічною у виготовленні, вона відкриває перспективу масового виробництва теплових труб, що працюють за принципом "зворотного меніска" Підписне Тираж 37 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