способ регулирования температуры тепловой трубы
Классы МПК: | F28D15/02 в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, например тепловые трубы |
Автор(ы): | Храмов С.М. |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-07-26 публикация патента:
10.04.2004 |
Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в тепловых трубах для наземного и космического применения с регулируемой температурой зоны испарения. Заявленный способ регулирования температуры тепловой трубы включает испарение теплоносителя в зоне испарения нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в тепловой трубе посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, причем в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор, объем которого рассчитывают по формуле Vтга 1,1Vтеплоносителя, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования с обратной связью по давлению насыщения, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки тепловой трубы с тепловым гидроаккумулятором, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятора Vтеплоносителя Vтепл.трубы+Vсоедин.трубопровода+0,1Vтга. Изобретение позволяет добиться термостабилизации зоны испарения одной или нескольких тепловых труб, присоединенных к одному тепловому гидроаккумулятору, во всем диапазоне изменения подводимой тепловой нагрузки от 0 до Qмах вне зависимости от возможного варьирования условий теплоотвода. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ регулирования температуры тепловой трубы, включающий испарение теплоносителя в зоне испарения нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в тепловой трубе посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, отличающийся тем, что в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор, объем которого рассчитывают по формуле Vтга 1,1Vтеплоносителя, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования с обратной связью по давлению насыщения, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки тепловой трубы с тепловым гидроаккумулятором, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятораVтеплоносителя Vтепл.трубы+Vсоедин.трубопровода+0,1Vтга.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплотехнике, в частности к тепловым трубам для наземного и космического применения с регулируемой температурой зоны испарения.Известен способ регулирования температуры тепловой трубы (ТТ) путем изменения ее проводимости с помощью резервуара, содержащего неконденсирующийся газ (НКГ) [1]. Резервуар сообщен с конденсатором тепловой трубы. Регулирование осуществляется за счет изменения длины и, соответственно, площади зоны конденсации ТТ. При росте тепловой нагрузки на испаритель ТТ происходит рост давления в ней, растет и давление в зоне НКГ, увеличивается зона конденсации, что приводит к стабилизации температуры в ТТ.Недостатком данного способа регулирования является необходимость введения в рабочее пространство ТТ помимо собственно теплоносителя некоторого количества НКГ, что приводит к снижению теплофизических параметров ТТ помимо этого точное регулирование с точностью до 0,5... 1°С возможно лишь при небольших изменениях подводимых тепловых потоков (10...15% от максимального).Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регулирования температуры зоны испарения ТТ путем присоединения к концу ее зоны конденсации резервуара, который заполняют неконденсирующимся при рабочей температуре ТТ газом [2]. Резервуар оснащают системой терморегулирования, обеспечивающей дозированный теплоподвод к нему и теплоотвод от него. Регулирование температуры зоны испарения ТТ осуществляют путем изменения и поддержания на заданном уровне давления в резервуаре НКГ, подводя или отводя тепло по сигналу от датчика температуры, который устанавливают на зоне испарения ТТ.Недостатками данного способа является то, что в ТТ вводится НКГ и существует достаточно труднореализуемая связь датчика температуры с тепловыделением электронагревателя, что регулированию подвергается в первую очередь проводимость ТТ и, как следствие, температура ее зоны испарения, что невозможно одновременно регулировать температуры нескольких ТТ и что усложняется технология изготовления и заправки ТТ.Предлагаемый способ регулирования ТТ свободен от недостатков аналога и прототипа, т.к. осуществляется регулирование давления насыщения в ТТ (а соответственно, температуры) непосредственно путем поддержания постоянным давления насыщения в тепловом гидравлическом аккумуляторе, присоединенном к зоне конденсации одной или нескольких ТТ.Изобретением решается задача термостабилизации зоны испарения одной или нескольких тепловых труб, присоединенных к одному тепловому гидроаккумулятору, во всем диапазоне изменения подводимой тепловой нагрузки от 0 до Qмах вне зависимости от возможного варьирования условий теплоотвода.Для достижения указанного технического результата предлагается способ, включающий операции испарения теплоносителя в зоне испарения ТТ нагревом от источника тепла, установку на конце зоны конденсации резервуара с системой терморегулирования, заполнение его рабочим телом и поддержание постоянным давления насыщения в ТТ посредством дозированного теплоподвода и теплоотвода к резервуару, согласно изобретению в качестве резервуара используют тепловой гидроаккумулятор (ТГА), объем которого рассчитывают по формуле Vтга 1,1Vтеплоносителя, устанавливают его вне зоны конденсации одной или нескольких тепловых труб и соединяют с концами их зон конденсации посредством трубопровода, поддерживают постоянным давление насыщения теплоносителя в тепловом гидроаккумуляторе при помощи системы терморегулирования, кроме того, в качестве рабочего тела в тепловом гидроаккумуляторе используют теплоноситель тепловой трубы, причем количество теплоносителя, необходимого для заправки ТТ с ТГА, определяют с помощью зависимости, связывающей объемы теплоносителя, тепловой трубы, соединительного трубопровода и теплового гидроаккумулятораVтеплоносителя Vтепл.трубы+Vсоедин.трубопровода+0,1Vтга.Отличительными признаками данного способа регулирования являются установка ТГА с системой терморегулирования в конце зоны конденсации одной или нескольких ТТ, заполнение его теплоносителем ТТ и его насыщенным паром, поддержание давления насыщения в ТГА на заданном уровне при помощи дозированного теплоподвода и теплосброса по сигналу от датчика давления, установленного на ТГА.Благодаря данному способу регулирования ведется непосредственное регулирование давления насыщения в ТТ, отпадает необходимость в напуске в ТТ посторонних компонентов (НКГ), снижаются требования по точности заправки ТТ, чистоте рабочего тела в ТТ, отсутствует зависимость точности регулирования от условий теплоотвода и диапазона изменения подводимой тепловой нагрузки, возможно одновременное регулирование температур нескольких ТТ. Предлагаемый способ регулирования иллюстрируется фиг.1.К изображенной на фиг.1 тепловой трубе (1, 10) присоединен посредством трубопровода (2) тепловой гидроаккумулятор (3), заполненный теплоносителем (4) тепловой трубы и его насыщенным паром (5). В зоне испарения тепловой трубы установлен источник теплоты (6). Тепловой гидроаккумулятор, присоединенный к ТТ, снабжен датчиком давления (7) и связан с системой терморегулирования (8), имеющей обратную связь (9), обеспечивающую постоянство давления насыщения в ТГА при различных подведенных к зоне испарения ТТ тепловых нагрузках и условиях теплоотвода от зоны конденсации ТТ.Регулирование температурного уровня зоны испарения ТТ осуществляется следующим образом. При работе ТТ (1, 10) давление насыщенного пара (5) в ТГА(3) поддерживается все время постоянным при помощи системы терморегулирования (8) ТГА. Соответственно, и температура насыщения рабочего тела в ТТ поддерживается постоянной, т.е. температура фазового перехода в зоне испарения ТТ становится постоянной при различных тепловых нагрузках независимо от условий теплоотвода. Постоянство температуры насыщения рабочего тела в ТТ приводит к постоянству температуры зоны испарения ТТ. Теплоноситель под действием подводимой к зоне испарения тепловой нагрузки от источника теплоты (6) испаряется и в виде пара движется по паровому каналу ТТ к зоне конденсации ТТ, где конденсируется, отдавая тепло. Образовавшийся конденсат под действием капиллярных сил возвращается в зону испарения.При увеличении тепловой нагрузки на зону испарения ТТ происходит увеличение количества пара в паровой полости ТТ. В нерегулируемых тепловых трубах именно из-за этого увеличения количества пара происходит рост давления насыщения, приводящий к увеличению температуры зон испарения и конденсации. При установке ТГА (3) происходит вытеснение части жидкости из паровой полости ТТ в ТГА, начинается рост давления насыщения в ТГА, связанный с изменение объема жидкости, одновременно с этим по сигналу от датчика давления (7) происходит увеличение теплоотвода от ТГА, приводящее к конденсации части пара в ТГА, и не наблюдается рост давления насыщения внутри ТТ. В результате давление насыщения в ТГА (и, соответственно, в ТТ) остается постоянным, поэтому температура зоны испарения ТТ остается постоянной вне зависимости от тепловой нагрузки на зону испарения и теплоотвода от зоны конденсации ТТ. Аналогичные процессы протекают в ТТ при снижении тепловой нагрузки.При проведении испытаний на аммиачных тепловых трубах получена термостабилизация зоны испарения ТТ с точностью ±1°С при тепловых нагрузках от 5 до 240 Вт. На фиг.2 приведены значения давления в ТГА и температур по зонам ТТ в процессе экспериментальной отработки. На верхнем графике изображено изменение подводимой к зоне испарения ТТ тепловой нагрузки по времени, на среднем - изменение температур зон испарения (Т1), транспортной (Т3) и конденсации (Т5), на нижнем - давление в ТГА. Из данных графиков видно, что при изменении тепловой нагрузки на зону испарения ТТ температура зоны испарения остается постоянной. Также показано, что возможно осуществление задания требуемой температуры зоны испарения путем изменения и поддержания на заданном уровне давления в ТГА при помощи системы терморегулирования ТГА.Источники информации1. Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. - М.: Энергия, 1979, стр. 181.2. Там же, с. 182 и 183.Класс F28D15/02 в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, например тепловые трубы