СПОСОБ РАБОТЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА
OPERATING METHOD OF HIGH-TEMPERATURE HEAT PIPE, AND HIGH-TEMPERATURE HEAT PIPE

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к передаче тепла тепловыми трубами.
Известен способ работы тепловой трубы [1. Семена М.Г., Гершуни А.Н., Зарипов В.К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. 215 с.], заключающийся в подводе тепла с нагреванием, плавлением, испарением и кипением теплоносителя в зоне нагрева тепловой трубы, передаче тепла теплоносителем в зону охлаждения с конденсацией теплоносителя на стенке и передаче тепла через стенку охлаждающей среде.
Недостаток способа работы тепловой трубы [1] заключается в том, что при прочих равных условиях количество тепла, поглощаемое и передаваемое тепловой трубой, зависит от теплофизических свойств теплоносителя и температуры его кипения.
Заявляемый способ направлен на расширение температурного диапазона работы тепловой трубы и повышении эффективности передачи тепла.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в повышении коэффициента теплоотдачи при кипении теплоносителя в заданном температурном диапазоне и повышении количества тепла, передаваемого тепловой трубой.
Заявляемый способ характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаками: подвод тепла в зону нагрева тепловой трубы, нагревание, плавление, испарение и кипение теплоносителя, передача тепла теплоносителем в зону охлаждения тепловой трубы с конденсацией теплоносителя на стенке и передача тепла теплоносителя охлаждающей среде.
к
к
Отличительные признаки: после плавления теплоносителя и его разогрева до температуры t-(20÷80°C) производят облучение зоны нагрева тепловой трубы с теплоносителем в диапазоне частот, сопоставимом с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя, где t - температура кипения теплоносителя.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
к
к
Плавление теплоносителя и его разогрев до температуры t<(t-80)°С (где t - температура кипения теплоносителя) с облучением зоны нагрева тепловой трубы с теплоносителем в диапазоне частот, сопоставимых с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя, не приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи при испарении теплоносителя.
к
Плавления теплоносителя и его разогрев до температуры t>(t-20)°С с последующим облучением зоны нагрева тепловой трубы с теплоносителем в диапазоне частот, сопоставимых с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя, приводит к нерациональному использованию возможности повышения эффективности передачи тепла при кипении теплоносителя.
Увеличение коэффициента теплоотдачи теплоносителя при его кипении, повышающее эффективность передачи тепла тепловой трубой, заключается при облучении зоны нагрева в диапазоне частот, сопоставимых с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя, в увеличении скорости образования новых центров кипения и увеличении частоты их отрыва от поверхности нагрева.
Для реализации заявляемого способа заявляется тепловая труба, уровень техники которой известен [2, 3].
Известная установка [2. Патент на ПМ №41427 RU. Установка для нанесения покрытия на цилиндрическую трубу / В.В.Стулов и др. Опубл. 27.10.2007. Бюл. №30], содержит вертикально расположенную цилиндрическую трубу, изготовленную в виде тепловой трубы с зоной нагрева и со встроенным электрическим нагревателем, подключенным в систему автоматического управления работой установки.
Известно устройство охлаждения кристаллизатора для получения непрерывнолитых деформированных заготовок из высокотемпературных металлов [3. Патент №2322325 RU. Опубл. 20.04.2008. Бюл. №11], содержащее высокотемпературные цилиндрические тепловые трубы, установленные в вертикальных каналах пары рабочих стенок кристаллизатора, зоны нагрева тепловых труб установлены по плотной посадке в нижнем вертикальном участке стенок кристаллизатора.
Недостатком известной установки [2] и устройства [3] являются ограничения передаваемого теплового потока, определяемые теплофизическими свойствами теплоносителя в цилиндрической трубе.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой тепловой трубы, заключается в повышении надежности ее работы в более широком температурном диапазоне.
Заявляемая тепловая труба характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаками: высокотемпературная тепловая труб с зоной нагрева и охлаждения, с системой автоматизированного управления работой тепловой трубы.
Отличительные признаки: оснащена генератором излучаемых колебаний, устройством для ввода колебаний в зону нагрева тепловой трубы, изготовленным из материала, устойчивого в высоких температурах и не оказывающего сопротивления прохождению в нем излучаемых колебаний, например из кварца, термопарой в зоне нагрева и термопарой в зоне охлаждения тепловой трубы.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой тепловой трубы и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Наличие генератора излучений позволяет вырабатывать колебания и подавать их в зону нагрева тепловой трубы.
Наличие устройства для ввода колебаний в зону нагрева тепловой трубы позволяет задавать плотность вводимой в металл энергии колебаний.
Изготовление устройства для ввода колебаний в зону нагрева тепловой трубы из материала, устойчивого в высоких температурах, например из кварца, повышает срок службы устройства и обеспечивает надежную работу тепловой трубы.
Изготовление устройства для ввода колебаний в зону нагрева тепловой трубы из материала, не оказывающего сопротивления прохождению в нем излучаемых колебаний, например из кварца, исключает разогрев устройства, что обеспечивает его надежную работу в течение всего времени эксплуатации.
Наличие термопары в зоне нагрева и термопары в зоне охлаждения тепловой трубы позволяет получать от них сигналы в процессе разогрева и работы тепловой трубы с ее облучением в диапазоне частот, сопоставимых с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя и обработкой поступающих сигналов в системе автоматического управления работой трубы.
На чертеже приведен внешний вид заявляемой высокотемпературной тепловой трубы для реализации заявляемого способа работы тепловой трубы.
Заявляемая высокотемпературная тепловая труба на чертеже состоит из зоны нагрева 1 с теплоносителем, например натрием, зоны охлаждения 2, генератора 3 излучаемых колебаний с устройством 4 для ввода колебаний в зону нагрева, термопар 5 и 6, подключенных в систему автоматического управления работой тепловой трубы.
Способ заявляемой высокотемпературной тепловой трубой осуществляется следующим образом.
к
к
При подводе тепла в зону нагрева 1 тепловой трубы происходит нагревание, плавление, испарение теплоносителя, что фиксируется по показаниям термопары 5. При разогреве теплоносителя до температуры t - (20÷80)°С (где t - температура кипения теплоносителя), фиксируемой термопарой 5, производят включение генератора колебаний 3 с облучением зоны нагрева тепловой трубы 1 с теплоносителем, в диапазоне частот 1-5 мГц, с использованием устройства 4 ввода колебаний в диапазоне частот, сопоставимом с частотой колебаний электронов атомов теплоносителя. Передача тепла в зону охлаждения 2 тепловой трубы фиксируется по показаниям термопары 6. После конденсации теплоносителя на стенке тепловой трубы в зоне охлаждения 2 происходит передача тепла теплоносителя охлаждающей среде. Регулируя мощность генератора с излучаемыми колебаниями фиксируют время достижения заданных температур по показаниям термопар 5 и 6, что позволяет системой автоматического управления работой тепловой трубы выбирать наиболее целесообразные частоты облучения тепловой трубы, повышающие эффективность ее работы.