СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛОВОЙ ТРУБЕ
METHOD OF ENHANCEMENT OF HEAT TRANSFER IN HEAT PIPE

Изобретение относится к методам отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к охлаждению с применением тепловой трубы, и может использоваться в различных областях электронной промышленности.
Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является тепловая труба [1, 2], состоящая из герметичного полого цилиндра, внутренняя поверхность которого выложена капиллярно-пористой структурой, насыщенной смачивающей жидкостью. Капиллярно-пористая структура может представлять собой металлическую сетку, спеченные шарики, металловолокна, стеклоткани и даже систему канавок на внутренней поверхности корпуса. Смачивающая жидкость является теплоносителем и в зависимости от уровня температуры в зоне нагрева выбираются жидкие металлы, ртуть, аммиак, вода, ацетон, спирты, фреоны и т.п.
Недостатком тепловой трубы можно считать невысокую скорость перемещения смачивающей жидкости от зоны конденсации к зоне испарения в случае применения тепловой трубы для охлаждения мощных теплонагруженных компонентов электронной аппаратуры.
Задача изобретения - улучшение теплообмена в тепловой трубе путем интенсификации перемещения хладагента по стенкам тепловой трубы.
Для решения поставленной задачи предлагается способ интенсификации теплообмена в тепловой трубе, основанный на применении в качестве хладагента внутри тепловой трубы электролитической жидкости. Согласно изобретению, состоящей в использовании в качестве хладагента внутри тепловой трубы электролитической жидкости интенсификация перемещения хладагента в капиллярах по стенкам тепловой трубы достигается пропусканием через электролит тока в магнитном поле, смещающем ионы электролита в нужном направлении.
Способ осуществляют следующим образом.
При изготовлении тепловой трубы ее внутреннюю поверхность выкладывают капиллярно-пористой структурой, которую насыщают смачивающей жидкостью. В качестве смачивающей жидкости используют электролит. Со стороны внутренней и со стороны внешней поверхности тепловой трубы для создания магнитного поля устанавливают параллельно две магнитные пластины. Полярности пластин имеют противоположные значения, например со стороны внутренней поверхности тепловой трубы - знак «-», а со стороны внешней поверхности - знак «+». По поверхности тепловой трубы в направлении, перпендикулярном плоскости магнитного поля, пропускают электрический ток.
В тепловой трубе движение жидкости по капиллярам осуществляется за счет осмотического давления. Для интенсификации процесса прохождения жидкости целесообразно использовать электролит, через который будет пропущен ток, создавая движение положительных и отрицательных ионов в разные стороны, и под действием магнитного поля возникающая сила Лоренца обеспечит смещение положительных и отрицательных ионов в одну и ту же сторону, так как приложенные разнополярные электроды вызовут движение положительных ионов в одну сторону, а отрицательных ионов - в другую сторону, а сила Лоренца по правилу «левой руки» и по правилу «правой руки» вызовет их общее смещение в одном и том же направлении. Поэтому жидкость будет более интенсивно двигаться по капиллярам в нужном направлении, усиливая теплоперенос и создавая условия для интенсификации теплообмена.
Изменением параметров электрического и магнитного поля можно регулировать процесс теплопереноса, усиливая его либо замедляя до полной остановки, таким образом, предлагаемый способ интенсификации теплопереноса в тепловой трубе позволяет сделать ее регулируемой в широком диапазоне.
На фиг.1 приведен фрагмент действия электромагнитного насоса. Здесь в результате приложения к электролитической жидкости пластины 1 «+» и пластины 2 «-» - положительные ионы - движутся в сторону отрицательной пластины, а отрицательные ионы движутся в противоположном направлении - в сторону положительной пластины. Приложенное магнитное поле (полюса «север», «юг») будет воздействовать в соответствии с правилами «левой» и «правой» руки на эти заряды таким образом, что и положительные и отрицательные ионы будут смещаться в одном направлении, создавая поток жидкости в нужном направлении.
Данный принцип реализован при создании тепловой трубы. На фиг.2 приведена схема. Здесь электродами являются наружное и внутреннее кольцо. А магнитное поле прикладывается к катушке таким образом, чтобы создать движение ионов в определенном направлении, от одного конца тепловой трубы к другому, интенсифицируя процесс перемещения жидкости, либо замедляя его до полной остановки или обратного движения. Таким образом, можно осуществить регулировку движения ионов по капиллярам, увеличивая либо замедляя его в широком диапазоне.
Предлагаемая конструкция тепловой трубы выгоднее существующих труб в том плане, что позволяет регулировать параметры самой трубы от обратной отсечки теплового движения до увеличения интенсификации работы этой трубы. В случае принудительного переноса в прямом направлении мы повышаем эффективность теплопереноса, а в случае остановки движения жидкости либо движения ее назад,мы можем создать в тепловой трубе условия, при которых появится градиент температуры. Таким образом, мы можем регулировать температуру охлаждаемого объекта в очень широких пределах с целью термостатирования данного объекта.
Литература
1. Пат.2350348 (США). Heat transfer device / R. S. Gaugler.- Опубл. 1944
2. Семена М.Г., Гершуни А.Н., Зарипов В.К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984 - 215 с.