МАГНИТОЖИДКОСТНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА
MAGNETIC FLUID THERMAL PIPE

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре в случаях, когда требуется охлаждение отдельных элементов, а отвод теплоты с помощью стока или радиатора, расположенного непосредственно у охлаждаемого элемента, может оказаться неудобным или нежелательным.
Известна тепловая труба с капиллярной структурой в виде артерии [1], содержащая частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации. Данное устройство позволяет за счет фазовых переходов теплоносителя в зонах испарения и конденсации передавать большое количество теплоты. Для возврата теплоносителя в жидком виде в зону испарения используется капиллярная структура.
Известно устройство [2], содержащее герметичный контур, заполненный ферромагнитной жидкостью, с зонами нагрева и охлаждения и источник магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем создания неоднородного магнитного поля, контур выполнен в виде заглушенного с торцов цилиндрического канала, а ось диполя источника магнитного поля размещена вдоль оси канала.
Известна магнитная тепловая труба [3], содержащая частично заполненный легкокипящей жидкостью-теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, в последней из которых расположена магнитная система, выполненная в виде постоянных пластинчатых магнитов. При подводе тепла к испарительной зоне теплоноситель кипит и испаряется. Частицы пара поднимаются вверх, заполняя зазор между полюсами магнитов, омагничиваются и, притягиваясь к полюсам магнитов, коагулируются на их поверхностях, отдавая магнитам свое тепло, а сами, сливаясь между собой, образуют капельную жидкость, которая стекает в основание тепловой трубы, где вновь кипит и испаряется. Тепло от магнитов отводится выступающими наружу концами. Предлагаемая конструкция ускоряет осаждение пара, что интенсифицирует процесс теплопередачи.
Недостатком является то, что устройство работоспособно в условиях воздействия гравитации, пока зона испарения находится ниже зоны конденсации и неработоспособно в невесомости, т.к. коагулированная магнитная жидкость возвращается в зону испарения под действием силы тяжести, кроме того, капли коагулированной магнитной жидкости также притягиваются магнитами, что препятствует их возвращению в зону испарения, что может привести к пересыханию зоны испарения и потере работоспособности тепловой трубы при недостатке рабочей жидкости.
Наиболее близким по назначению и устройству техническим решением является магнитожидкостная тепловая труба [4], содержащая частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью, герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы, предназначенного для намотки поверх него электромагнитной катушки индуктивности, создающей неоднородное постоянное магнитное поле, с градиентом направленным вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, и размещения внутри него артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы. Изобретение обеспечивает эффективную работу магнитожидкостной тепловой трубы в любом положении при воздействии сил гравитации и в невесомости.
Недостатком является то, что неоднородность магнитного поля в данной конструкции можно создать только за счет увеличения плотности и толщины намотки катушки индуктивности по длине фитиля по направлению градиента магнитного поля. Следовательно, диаметр поперечного сечения электромагнитного артериального фитиля должен увеличиваться по мере приближения к зоне испарения. Поэтому корпус устройства необходимо изготавливать либо из трубы большего диаметра, либо из трубы переменного диаметра. Необходимость применения труб переменного сечения и необходимость использования катушки индуктивности с переменной толщиной намотки отрицательно сказываются на технологичности изготовления устройства.
Задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров электромагнитного артериального фитиля и магнитожидкостной тепловой трубы в целом, повышение технологичности при их изготовлении. Требуемый технический результат состоит в том, чтобы обеспечить возможность транспортировки сконденсированной рабочей жидкости из зоны конденсации к зоне испарения в любом положении тепловой трубы при воздействии сил гравитации и в невесомости в отличие от наиболее близкой к ней известной.
Требуемый технический результат достигается тем, что в магнитожидкостной тепловой трубе в отличие от наиболее близких к ней известных для возврата рабочей магнитной жидкости из зоны конденсации в зону испарения совместно с капиллярной структурой используется не артериальный электромагнитный фитиль, создающий неоднородное постоянное магнитное поле за счет увеличения толщины и плотности намотки, а артериальный электромагнитный фитиль с электромагнитной системой, создающей бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле за счет применения нескольких включаемых последовательно однотипных катушек индуктивности.
Для достижения требуемого технического результата предлагаемая магнитожидкостная тепловая труба (см. фиг. 1) содержит частично заполненный теплоносителем-магнитной жидкостью, герметичный цилиндрический корпус 1 с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль 2, расположенный на внутренней стенке корпуса 1, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса 1 соосно с ним, состоящий из защитного корпуса 3, корпуса-основы 4, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами 5 электромагнитных катушек индуктивности 6, создающих бегущее магнитное поле вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, и размещения внутри него артериального фитиля 7, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы.
Магнитожидкостная тепловая труба работает следующим образом: тепло, подводимое к зоне испарения магнитожидкостной тепловой трубы через корпус 1, передается теплоносителю - магнитной жидкости, вызывает кипение и испарение магнитной жидкости. За счет перепада давления частички магнитной жидкости в виде пара переносятся по паровому каналу через зону транспортировки в зону конденсации. Здесь пар, отдавая тепло, конденсируется на внутренней стенке корпуса 1 магнитожидкостной тепловой трубы в магнитную жидкость. Далее под действием капиллярного напора, создаваемого фитилем 2 и артериальным фитилем 7, а также под действием направленного вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы бегущего в сторону зоны испарения магнитного поля, создаваемого электромагнитной системой из нескольких последовательно подключаемых катушек индуктивности 6, перекачивается в зону испарения. Магнитная жидкость снова испаряется, и цикл тепло- и массопереноса повторяется, обеспечивая работу магнитожидкостной тепловой трубы с электромагнитным артериальным фитилем меньших габаритных размеров и постоянным по длине диаметром поперечного сечения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Дан П.Д. Тепловые трубы: пер. с англ. / П.Д. Дан, Д.А. Рей: - М.: Энергия, 1979. - 272 с.: ил.
2. Скрябин В.В. Патент №515020 на изобретение «Теплопередающее устройство (Heat transfer unit)» F28D 15/00. 1976.
3. Авторское свидетельство СССР №1778487, F28D 15/02. 1992.
4. Сова А.Н. Патент РФ №2433368 на изобретение «Магнитожидкостная тепловая труба» / А.Н. Сова, Р.Б. Борисов, Д.А. Сидоров. F28D 15/00. 2011.