Контурная тепловая труба

Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к области теплотехники и может быть использовано для термостатирования теплонагруженных объектов в условиях микрогравитации. Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение эффективного отвода тепла, от теплонагруженных элементов, за счет процессов фазового превращения теплоносителя, обеспечивая точное термостатирование с возможностью изменения уровня температуры, на протяжении всего времени работы устройства. Контурная тепловая труба, согласно предлагаемой полезной модели состоит из нескольких испарителей с капиллярными насосами и компенсационными полостями, снабженных термоэлектрическими холодильниками, и по меньшей мере одного конденсатора, соединенных паро- и конденсатопроводом, а также резервуара с капиллярной структурой и нагревателем, присоединенного трубопроводом, оснащенным электроклапаном, к конденсатопроводу.

Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к области теплотехники и может быть использовано для термостатирования теплонагруженных объектов. В частности, полезная модель может быть реализована в составе системы обеспечения теплового режима космического аппарата.

Известно устройство [1], содержащее несколько испарителей, каждый из которых снабжен капиллярной структурой с центральным каналом для подвода конденсата и системой периферийных канавок для отвода пара, конденсатор, паропровод и конденсатопровод, а также гидроаккумулятор. Надежный запуск и работа устройства обеспечиваются расположением гидроаккумулятора и конденсатора выше и ниже испарительной секции соответственно, при этом конденсат возвращается к испарителям, проходя через гидроаккумулятор. Положительными факторами данного решения являются простота конструкции, и работа без применения вспомогательных устройств, что повышает массо-энергетическую эффективность устройства. Недостатком данной конструкции, является отсутствие возможности регулирования температуры в зоне испарения, что не позволяет обеспечить точное термостатирование теплонапряженного объекта.

Известно также устройство [2], содержащее соединенные паро- и конденсатопроводом испарители с установленными внутри капиллярными насосами, и по меньшей мере один конденсатор, а также резервуар присоединенный трубопроводом к конденсатопроводу, при этом каждый испаритель снабжен дополнительной капиллярной структурой, а также термоэлектрическим микрохолодильником. Дополнительная капиллярная структура соединяет стенки питающего канала капиллярного насоса с внутренними стенками части конденсатопровода, прилегающей к испарителю, а термоэлектрический холодильник соединен снаружи со стенками конденсатопровода холодным спаем, а с зоной подвода тепла испарителя горячим спаем. Конструкция позволяет обеспечить надежную работу испарителей при переходных режимах и кризисных ситуациях, которые могут явиться причиной осушения капиллярной структуры. Недостатком данного решения является невозможность точного поддержания температуры теплонагруженного объекта и изменения температуры термостатирования во время работы устройства.

Описанное устройство является наиболее близким, к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и функциональному назначению.

Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение эффективного отвода тепла, от теплонагруженных объектов, за счет процессов фазового превращения теплоносителя, обеспечивая точное термостатирование с возможностью изменения уровня температуры, на протяжении всего времени работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что контурная тепловая труба, выполнена в виде соединенных паро- и конденсатопроводом испарителей, с установленными внутри капиллярными насосами, и по меньшей мере одного конденсатора, а также резервуара, присоединенного трубопроводом к конденсатопроводу, и термоэлектрических микрохолодильников, присоединенных горячим спаем к зоне теплоподвода испарителя, а холодным к компенсационным полостям испарителей, заполненных крупнопористой капиллярной структурой. Резервуар, подсоединенный к конденсатопроводу, оснащен внутренней капиллярной структурой и электронагревателем, а трубопровод, ведущий к резервуару, снабжен самоблокирующимся электроклапаном.

Предлагаемая конструкция, обеспечивает, во-первых, надежный запуск и работу устройства, а также точное термостатирование теплонапряженного объекта на нескольких температурных уровнях, за счет активного регулирования температуры зоны теплоподвода в достаточно широком диапазоне.

Во-вторых, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность работы устройства в пассивном режиме, отключая нагреватель резервуара и микрохолодильники после выхода КТТ на стационарный режим и самоблокировки клапана, установленного на трубопроводе ведущем к резервуару. Данный режим позволяет минимизировать затраты энергии на термостабилизацию.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на Фигуре изображена схема контурной тепловой трубы.

Контурная тепловая труба (КТТ), согласно предлагаемому техническому решению содержит соединенные паро- и конденсатопроводом 3 и 4 испарители 1 с установленными внутри капиллярными насосами 9 и по меньшей мере один конденсатор 2, а также резервуар 5, присоединенный трубопроводом 12 к конденсатопроводу 4 и термоэлектрическими микрохолодильниками (ТЭМХ) 7, присоединенными горячим спаем к зоне теплоподвода 14 испарителя 1, холодные спаи термоэлектрических микрохолодильников присоединены к компенсационным полостям (КП) 13 испарителей 1, заполненных крупнопористой капиллярной структурой 8, резервуар 5, подсоединенный к конденсатопроводу 4 оснащен внутренней капиллярной структурой 11 и электронагревателем 10, а трубопровод 12 ведущий к резервуару 5 самоблокирующимся электроклапаном 6.

Контурная тепловая труба работает следующим образом. В исходном состоянии весь объем КТТ заполнен теплоносителем, давление при открытом клапане 6 определяется температурой в резервуаре 5. Перед подачей тепловой нагрузки к зоне теплоподвода 14 испарителя 1, включаются ТЭМХ 7, создавая градиент температур между КП 13 и зоной теплоподвода 14. КП 13 заполнена переохлажденным теплоносителем в жидкой фазе, в зоне теплоподвода 14 образуется пар. Капиллярный насос 9 создает напор, запуская циркуляцию теплоносителя в контуре. Пар по паропроводу 3 перемещается к конденсатору 2, где отдавая тепло, конденсируется и возвращается к испарителю 1 по конденсатопроводу 4. КТТ выходит на режим работы при малой мощности. При подаче тепловой нагрузки контур выходит на штатный режим, вытесняя избыток теплоносителя в резервуар 5, после этого клапан 6 закрывается. Затраты энергии идут только на изменение состояния клапана, после чего он блокируется и энергию не потребляет. При изменении тепловой нагрузки клапан 6 открывается и КТТ заполняется нужным количеством теплоносителя. После снятия тепловой нагрузки КТТ возвращается в исходное состояние.

Источники информации

1. Патент РФ 2120592 от 20.10.1998

2. Патент РФ 2117893 от 20.08.1998

Контурная тепловая труба, содержащая соединенные паро- и конденсатопроводом испарители с установленными внутри капиллярными насосами и по меньшей мере один конденсатор, а также резервуар, присоединенный трубопроводом к конденсатопроводу и термоэлектрическими микрохолодильниками, присоединенными горячим спаем к зоне теплоподвода испарителя, отличающаяся тем, что холодные спаи термоэлектрических микрохолодильников присоединены к компенсационным полостям испарителей, заполненных крупнопористой капиллярной структурой, резервуар, подсоединенный к конденсатопроводу, оснащен внутренней капиллярной структурой и электронагревателем, а трубопровод, ведущий к резервуару, снабжен самоблокирующимся электроклапаном.