RU2037766C1

RU2037766C1 - Adjustable thermal tube

Info

Publication number: RU2037766C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Бутырский
Original assignee: Бутырский Валентин Иванович
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: fitted in grooves on inner surface of housing is wick which has cut in its transportation zone. Mounted in this cut over spiral line by means of spring holders are tape segments which are made of the same material as wick. Holders are connected with corrugated tube made in form of hyperboloid of revolution of one nappe. This tube is filled with liquid having higher coefficient of volumetric expansion. EFFECT: enhanced efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым трубам (ТТ), а более конкретно к регулируемым тепловым трубам (РТТ), предназначенным для трансформации теплового потока с минимальным градиентом температур при одновременном поддержании теплового потока или температуры. The invention relates to heat pipes (TT), and more particularly to adjustable heat pipes (PTT), designed to transform the heat flux with a minimum temperature gradient while maintaining the heat flux or temperature.

Известно конструктивное решение РТТ, работающей в режиме теплового выключателя, в котором в качестве регулирующего упругого элемента используется трубка Бурдона [1] Кольцевой участок фитиля вырезан в транспортной зоне и прикреплен к трубке Бурдона, соединенной с термобаллоном. A structural solution of a PTT operating in a thermal switch mode is known, in which a Bourdon tube is used as a regulating elastic element [1] The annular section of the wick is cut out in the transport zone and attached to a Bourdon tube connected to a thermal bulb.

Такое конструктивное решение имеет следующие основные недостатки: нежесткость конструкции разрывной части фитиля; термобаллон вынесен за габариты ТТ, что не всегда является рациональным. Such a constructive solution has the following main disadvantages: non-rigidity of the structure of the bursting part of the wick; the thermal bulb is made outside the dimensions of the TT, which is not always rational.

Было предложено другое конструктивное решение РТТ, принятой в качестве пpототипа, которое обеспечивает возможность защиты зоны отвода тепла ТТ от перегрева или отключение ТТ при низких температурах в зоне подвода тепла [2]
РТТ состоит из герметичного корпуса 1, фитильного устройства 2 с разрывной частью фитиля 3 в транспортной зоне, а также упругого элемента 4, выполненного в виде гиперболоидной гофрированной трубки [3]
Это решение имеет следующие недостатки: гиперболоидная гофрированная трубка при своей работе в ТТ имеет винтовое перемещение, а практически реализуется только ее поворот; имеется достаточно сложная и ненадежная в работе кинематическая схема преобразования поворота упругого элемента в радиальное перемещение разрывной части фитиля в транспортной зоне.Another constructive solution of the PTT was adopted, adopted as a prototype, which provides the ability to protect the heat removal zone of the CTs from overheating or turning off the CTs at low temperatures in the heat supply zone [2]
The PTT consists of a sealed housing 1, a wick device 2 with a bursting part of the wick 3 in the transport zone, as well as an elastic element 4 made in the form of a hyperboloid corrugated tube [3]
This solution has the following disadvantages: the hyperboloid corrugated tube during its operation in the TT has a helical movement, and only its rotation is practically realized; there is a rather complicated and unreliable kinematic scheme for converting the rotation of the elastic element into the radial movement of the discontinuous part of the wick in the transport zone.

Все перечисленные недостатки снижают стабильность и надежность работы данной противопоставляемой РТТ. All of these shortcomings reduce the stability and reliability of this opposed PTT.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков РТТ в описанных выше конструктивных схемах и повышение стабильности и надежности работы ТТ. The aim of the invention is to remedy these disadvantages of the PTT in the above structural schemes and increase the stability and reliability of the TT.

Цель достигается тем, что в известной РТТ, имеющей корпус, укрепленный на его стенках по внутреннему периметру фитиля с вырезом в транспортной зоне, устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю в зависимости от величины передаваемой ТТ теплового потока, содержащее полосу из материала фитиля из отдельных сегментов, равную ширине выреза и укрепленную на автономных держателях, а также упругий элемент, выполненный в виде гофрированной трубки в виде однополостного гиперболоида вращения с гофрами, расположенными по его прямолинейным образующим, заполненной жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения, который соединен с держателями полосы, по внутреннему периметру корпус имеет равномерные чередующиеся внутренние пазы, расположенные вдоль корпуса, в которые установлен фитиль; полосы из материала фитиля в виде отдельных сегментов укреплены на автономном пружинном держателе и расположены по винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента. The goal is achieved by the fact that in the known PTT, having a housing mounted on its walls along the inner perimeter of the wick with a cutout in the transport zone, a device for regulating the movement of the coolant along the wick, depending on the amount of heat transfer TT, containing a strip of wick material from individual segments equal to the width of the cutout and mounted on stand-alone holders, as well as an elastic element made in the form of a corrugated tube in the form of a single-cavity hyperboloid of revolution with corrugations located in its straight line linear forming a fluid-filled with a high coefficient of volume expansion, which is connected to the strip holder, the internal perimeter of the housing has a uniform internal grooves alternating along the body, in which the wick is mounted; strips made of wick material in the form of separate segments are mounted on an autonomous spring holder and arranged along a helical line, the pitch and direction of which coincide with the movement of the elastic element.

Указанное конструктивное решение обеспечивает стабильное поддержание теплового потока, так как имеется зависимость между температурой зоны испарения (подвода тепла) РТТ и количеством передаваемого по фитилю теплоносителя, с повышением температуры зоны испарения расход теплоносителя по фитилю уменьшается; высокую надежность работы, так как устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю имеет достаточно простую кинематическую схему, причем деформация упругого элемента реализуется полностью без промежуточных связей в регулируемое положение полосы фитиля в транспортной зоне; высокая надежность работы достигается за счет того, что все устройство для регулирования движения теплоносителя по фитилю находится внутри ТТ; возможность защиты зоны отвода тепла ТТ от перегрева или отключение ТТ при низких температурах в зоне подвода тепла. The specified constructive solution provides stable maintenance of the heat flux, since there is a relationship between the temperature of the PTT evaporation zone (heat supply) and the amount of coolant transferred through the wick, with an increase in the temperature of the evaporation zone, the heat carrier flow through the wick decreases; high reliability, since the device for regulating the movement of the coolant along the wick has a fairly simple kinematic scheme, and the deformation of the elastic element is realized completely without intermediate connections in the adjustable position of the wick strip in the transport zone; high reliability is achieved due to the fact that the entire device for regulating the movement of the coolant through the wick is inside the TT; the ability to protect the heat removal zone of the CTs from overheating or turning off the CTs at low temperatures in the heat supply zone.

Предложенные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены, что позволяет сделать вывод о новизне и существенных отличиях. The proposed distinguishing features in the known technical solutions were not found, which allows us to conclude about the novelty and significant differences.

На фиг. 1 изображена предложенная регулируемая тепловая труба, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4, 5 развертка по внутренней полости корпуса регулируемой тепловой трубы при включенной и выключенной тепловой трубе соответственно. In FIG. 1 shows the proposed adjustable heat pipe, General view; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 section BB in FIG. 1; in FIG. 4, 5 scan along the inner cavity of the housing of the adjustable heat pipe with the heat pipe turned on and off, respectively.

Труба содержит корпус 1 ТТ, фитильное устройство 2, разрывную часть 3 фитильного устройства, гиперболоидную гофрированную трубу 4, держатель 5. The pipe contains a housing 1 TT, wick device 2, the bursting part 3 of the wick device, hyperboloid corrugated pipe 4, holder 5.

РТТ состоит из герметичного корпуса 1, фитильного устройства 2 с разрывной частью фитиля 3 в транспортной зоне и устройства для регулирования движения теплоносителя по фитилю. The PTT consists of a sealed enclosure 1, a wick device 2 with a bursting part of the wick 3 in the transport zone, and a device for controlling the movement of the coolant along the wick.

Конструкция тонкостенного металлического корпуса 1 имеет практически традиционное решение и подробно описана в работе [4] Отличие состоит только в том, что стенки корпуса имеют равномерные, чередующиеся внутренние пазы, расположенные вдоль корпуса, в которые устанавливается фитильное устройство 2 (см.фиг.3). Корпус с такими равномерными внутренними шлицами (пазами) может быть изготовлен путем протяжки и долбления. The design of a thin-walled metal case 1 has an almost traditional solution and is described in detail in [4] The only difference is that the walls of the case have uniform, alternating internal grooves located along the case into which the wick device 2 is installed (see figure 3) . A housing with such uniform internal slots (grooves) can be made by broaching and chiselling.

Фитильное устройство 2 в предложенной РТТ также имеет традиционное конструктивное решение, например в виде одно- или многослойной металлической сетки, и описано в работе [4]
Разрывная часть фитиля 3, расположенная в транспортной зоне ТТ, может быть изготовлена из одно- или многослойной сетки или из спеченных пористых металлических материалов, например из спеченных шариков. Разрывная часть фитиля 3 состоит из отдельных сегментов (на фиг. 1 представлено шесть сегментов). Высота сегментов равна ширине выреза в стенках корпуса. Разрывная часть фитиля 3 имеет жесткую конструкцию и при своей работе прилегает к внутренней поверхности корпуса 1.The wick device 2 in the proposed PTT also has a traditional constructive solution, for example, in the form of a single or multilayer metal mesh, and is described in [4]
The bursting part of the wick 3, located in the transport zone of the TT, can be made of a single or multilayer mesh or sintered porous metal materials, for example, sintered balls. The bursting part of the wick 3 consists of individual segments (six segments are shown in FIG. 1). The height of the segments is equal to the width of the cutout in the walls of the housing. The bursting part of the wick 3 has a rigid structure and during its operation is adjacent to the inner surface of the housing 1.

Разрывная часть фитиля 3 в виде отдельных сегментов перемещается по винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента 4. В качестве направляющих служит срезанная винтовая часть фитильного устройства 2, а в основном винтовой участок на корпусе 1, не занятый фитильным устройством. Длина шлицевого участка корпуса 1 должна быть больше или равна участку, занятому фитилем 2. The discontinuous part of the wick 3 in the form of separate segments moves along a helical line, the step and direction of which coincide with the movement of the elastic element 4. The guides are the sheared screw part of the wick device 2, and basically the screw section on the housing 1, not occupied by the wick device. The length of the spline portion of the housing 1 must be greater than or equal to the portion occupied by the wick 2.

В качестве регулирующего упругого элемента используется гофрированная труба 4, выполненная в виде однополостного гиперболоида вращения с гофрами, расположенными по его прямолинейным образующим. Конструкция такой гофрированной трубы была предложена в [3] Гиперболоидная гофрированная труба (ГГТ) 4 в разрезе представлена на фиг.2. A corrugated pipe 4 made in the form of a single-cavity rotation hyperboloid with corrugations located along its rectilinear generators is used as a regulating elastic element. The design of such a corrugated pipe was proposed in [3]. A hyperboloid corrugated pipe (GGT) 4 in section is shown in FIG. 2.

ГГТ 4, оформленная в виде геометрического баллона, заполняется жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения или двухфазной жидкостью. Ассортимент жидкостей для регулирующего баллона 4 представлен в работе [5]
К поворотному торцу регулируемого баллона 4, выполненного в виде ГГТ, прикрепляется путем механического крепления или сварки фланец автономных пружинных держателей 5. На фиг. 1-5 показано 6 автономных держателей. Участки держателей 5, параллельные оси корпуса 1, обеспечивают необходимый поджим разрывной части фитиля 3 к корпусу 1; участки держателей 5, перпендикулярные оси корпуса 1, обеспечивают некоторую компенсацию от неполного совпадения винтовой линии на корпусе 1 с винтовым перемещением упругого элемента 4. Очевидно, что участки держателей 5, перпендикулярные оси корпуса 1, расположены на винтовой линии, шаг и направление которой совпадают с перемещением упругого элемента. Внутренняя полость РТТ заполняется теплоносителем.GGT 4, designed in the form of a geometric balloon, is filled with a liquid with a large coefficient of volume expansion or a two-phase liquid. The range of liquids for control cylinder 4 is presented in [5]
The flange of the stand-alone spring holders 5 is attached to the rotary end face of the adjustable balloon 4, made in the form of GGT, by mechanical fastening or welding. FIG. Figure 1-5 shows 6 stand-alone holders. The sections of the holders 5, parallel to the axis of the housing 1, provide the necessary clamping of the bursting part of the wick 3 to the housing 1; sections of the holders 5, perpendicular to the axis of the housing 1, provide some compensation from incomplete coincidence of the helical line on the housing 1 with the screw movement of the elastic element 4. Obviously, the sections of the holders 5, perpendicular to the axis of the housing 1, are located on the helix, the step and direction of which coincide with moving the elastic element. The internal cavity of the PTT is filled with coolant.

В предлагаемой конструкции РТТ ГГТ 4 может быть установлена как в зоне подвода, так и в зоне отвода тепла. In the proposed design, the PTT GGT 4 can be installed both in the supply zone and in the heat removal zone.

Рассмотрим работу предложенной конструкции РТТ. Consider the work of the proposed design of the PTT.

ГГТ 4 расположена в зоне подвода тепла РТТ. GGT 4 is located in the heat supply zone of the PTT.

При работе РТТ с заданной температурой источника подвода тепла регулирующий элемент 4, выполненный в виде ГТТ, не работает. Это значит, что разрывная часть фитиля 3 в виде отдельных винтовых сегментов находится в соответствующих окнах фитильного устройства 2 (см.фиг.4), обеспечивая нормальную транспортировку теплоносителя РТТ в жидкой фазе в фитильном устройстве 2 из зоны конденсации в зоне испарения. When operating the PTT with a given temperature of the heat supply source, the regulating element 4, made in the form of a GTT, does not work. This means that the rupture part of the wick 3 in the form of separate screw segments is located in the corresponding windows of the wick device 2 (see Fig. 4), ensuring the normal transportation of the PTT coolant in the liquid phase in the wick device 2 from the condensation zone in the evaporation zone.

Площадь разрывной части фитиля 3 может составлять 5-15% площади фитильного устройства. The area of the discontinuous part of the wick 3 may be 5-15% of the area of the wick device.

РТТ для представленного случая работает как обычно. В зоне подвода тепла теплоноситель испаряется и передает тепло при конденсации в зоне отвода тепла. Теплоноситель по фитильному устройству 2 возвращается обратно в зону подвода тепла РТТ. The PTT for the present case works as usual. In the heat supply zone, the coolant evaporates and transfers heat during condensation in the heat removal zone. The heat carrier through the wick device 2 is returned back to the PTT heat supply zone.

В зоне отвода тепла устанавливается соответствующая темпеpатура с учетом потерь на трансформацию тепла от источника через РТТ. An appropriate temperature is set in the heat removal zone taking into account losses due to heat transformation from the source through the PTT.

Пpи возрастании температуры в зоне подвода тепла жидкость с большим коэффициентом объемного расширения, расположенная в ГГТ 4, расширяется. Указанное вызывает поворот по винтовой линии подвижного торца ГГТ 4, а соответственно и автономных пружинных держателей 5 с отдельными сегментами разрывной части фитиля 3. Происходит полный разрыв фитильного устройства 2 в транспортной зоне (см.фиг.5). With increasing temperature in the heat supply zone, a liquid with a large coefficient of volume expansion, located in GGT 4, expands. The above causes a rotation along the helix of the movable end of the GGT 4, and, accordingly, of the independent spring holders 5 with individual segments of the bursting part of the wick 3. There is a complete break of the wick device 2 in the transport zone (see Fig. 5).

При полном выходе разрывной части фитиля 3 из фитильного устройства (см. фиг. 5) конденсат теплоносителя уже не переносится в зону испарителя и РТТ перестает функционировать, т.е. передавать тепловой поток. When the bursting part of the wick 3 completely leaves the wick device (see Fig. 5), the condensate of the heat carrier is no longer transferred to the evaporator zone and the PTT ceases to function, i.e. transfer heat flux.

Практически РТТ и ГГТ 4 в качестве регулирующего элемента может обеспечить поворот на угол 60-90^о и более (теоретически до 180^о), поэтому количество отдельных сегментов разрывной части фитиля 3 может быть равно 4,5 или 6. Толщина фитильного устройства 2, участвующая в переносе теплоносителя, обычно не превышает 0,5-1 мм.Practically, PTT and GGT 4 as a regulating element can provide rotation by an angle of 60-90 ° ^or more (theoretically up to 180 ^° ), therefore, the number of individual segments of the bursting part of the wick 3 can be 4.5 or 6. The thickness of the wick device 2 involved in heat transfer, usually does not exceed 0.5-1 mm.

При полном выходе разрывной части фитиля 3 из фитильного устройства 2 (когда РТТ перестает работать, разрывная (подвижная) часть фитиля 3 должна обязательно оставаться в направляющих пазах корпуса 1 за счет поджима пружинными держателями 5. With the complete exit of the bursting part of the wick 3 from the wick device 2 (when the PTT stops working, the bursting (movable) part of the wick 3 must necessarily remain in the guiding grooves of the housing 1 due to the pressing with spring holders 5.

При понижении температуpы источника тепла ГГТ 4 возвращается в исходное положение (см. фиг.5). Фитильное устройство 2 восстанавливает свою работоспособность, а тем самым начинает функционировать РТТ. When lowering the temperature of the heat source GGT 4 returns to its original position (see figure 5). The wick device 2 restores its functionality, and thereby the PTT begins to function.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает защиту потребителя тепла от перегрева. Предложенная РТТ работает плавно по регулированию температуpы или теплового потока в зоне конденсации по сравнению с предложенными ранее ТТ, pаботающими в режиме "Включено-выключено". Thus, the proposed PTT protects the heat consumer from overheating. The proposed RTT works smoothly to regulate the temperature or heat flux in the condensation zone compared to previously proposed TTs operating in the "On-Off" mode.

Два крайних положения поворота подвижных сегментов разрывной части фитиля 3 должны быть фиксированы, например, с помощью шлицев корпуса 1, параллельных оси. The two extreme turning positions of the movable segments of the bursting part of the wick 3 should be fixed, for example, using the splines of the housing 1, parallel to the axis.

Если ГГТ 4 расположена в зоне подвода тепла РТТ, а pазрывная часть фитиля 3 установлена с зазором в фитильном устройстве (см.фиг.5), то РТТ начинает функционировать, то есть передавать тепловой поток только при достижении определенной температуры. При достижении определенной температуры ГГТ 4 поворачивается вместе с поворотными сегментами разрывной части фитиля 3, разрывная часть 3 входит в фитильное устройство (см.фиг.4) и РТТ начинает работать. If GGT 4 is located in the PTT heat supply zone, and the breaking part of the wick 3 is installed with a gap in the wick device (see Fig. 5), then the PTT starts to function, that is, it transfers heat only when a certain temperature is reached. When a certain temperature is reached, GGT 4 rotates together with the rotary segments of the bursting part of the wick 3, the bursting part 3 enters the wick device (see Fig. 4) and the PTT starts working.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает свою работоспособность, начиная с определенной температуры. Thus, the proposed PTT ensures its performance starting from a certain temperature.

Если ГГТ 4 расположена в зоне отвода тепла РТТ, а разрывная часть фитиля установлена в фитильном устройстве 2, то РТТ функционирует до тех пор, пока не произойдет перегрев зоны отвода тепла. If GGT 4 is located in the PTT heat removal zone, and the discontinuous part of the wick is installed in the wick device 2, then the PTT operates until overheating of the heat removal zone occurs.

При перегреве зоны отвода тепла ГГТ 4 поворачивается вместе с поворотными сегментами разрывной части фитиля 3. Разрывная часть фитиля 3 выходит из фитильного устройства и РТТ перестает функционировать. When the heat removal zone overheats, GGT 4 rotates together with the rotary segments of the discontinuous part of the wick 3. The discontinuous part of the wick 3 leaves the wick device and the PTT ceases to function.

Таким образом, предложенная РТТ обеспечивает защиту потребителя тепла от перегрева. Однако, если в первом случае при перегреве РТТ полностью отключалась, так как регулирующий элемент 4 был установлен в зоне подвода тела, то в последнем случае РТТ самовключается в работу по мере остывания, точнее понижения температуры потребителя тепла. Thus, the proposed PTT protects the heat consumer from overheating. However, if in the first case the PTT was completely turned off during overheating, since the regulating element 4 was installed in the zone of the body supply, in the latter case, the PTT switches itself into operation as it cools, or rather the temperature of the heat consumer decreases.

Диапазон применения РТТ, описанный в последнем случае, шире, чем для РТТ, описанной в первом случае, хотя обе конструктивные схемы служат для защиты потребителя тепла от перегрева. The range of applications of the PTT described in the latter case is wider than for the PTT described in the first case, although both structural schemes serve to protect the heat consumer from overheating.

В настоящий момент РТТ изготавливаются, в основном, в единичных экземплярах для различных специальных задач и информация по ним достаточно неполная. Это прежде всего касается вопросов надежности, долговечности, стоимости и др. At the moment, PTTs are manufactured mainly in single copies for various special tasks and the information on them is quite incomplete. This primarily relates to issues of reliability, durability, cost, etc.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция РТТ позволяет повысить стабильность теплового потока в зоне отвода тепла, так как механизм (устройство) для регулирования движения теплоносителя по фитилю не имеет промежуточных люфтовых соединений и достаточно прост по кинематике (упругий элемент и автономные прижимные держатели); повысить надежность работы на 20-30% за счет полного использования перемещения упругого элемента в виде ГГТ по винтовой линии без введения промежуточных преобразователей перемещения фитиля в транспортной зоне; кроме того, разрывная (подвижная) часть фитиля имеет жесткую конструкцию, перемещается по винтовой линии в фиксированных направляющих, а терморегулирующее устройство расположено внутри тепловой трубы. Compared with the prototype, the proposed design of the PTT allows to increase the stability of the heat flux in the heat removal zone, since the mechanism (device) for regulating the movement of the coolant through the wick does not have intermediate backlash connections and is quite simple in kinematics (elastic element and self-contained clamping holders); to increase the reliability of work by 20-30% due to the full use of the movement of the elastic element in the form of GGT along a helical line without the introduction of intermediate transducers for moving the wick in the transport zone; in addition, the discontinuous (movable) part of the wick has a rigid structure, moves along a helical line in fixed guides, and the thermostatic device is located inside the heat pipe.

В настоящий момент производится эскизная проработка СТТ по предложенной конструктивной схеме. Currently, a draft study of the CTT is being carried out according to the proposed structural scheme.

Claims

ADJUSTABLE HEAT PIPE, comprising a housing with a wick fastened on its walls along the inner perimeter and having a cutout in the transport zone, and a device for regulating the movement of the coolant along the wick, depending on the amount of heat flux transmitted by the pipe, made of wick material in the form of tape segments with a width equal to the width of the cutout, mounted on holders connected to an elastic element made in the form of a corrugated tube filled with a liquid with a large coefficient of volume expansion and has forming the shape of a one-sheeted hyperboloid of revolution with corrugations located along its rectilinear generators, characterized in that, in order to ensure stability of the heat flux and increase reliability, the wick is installed in longitudinal grooves uniformly located on the inner surface of the body, the segments are arranged along a helical line, step and the direction of which coincides with the trajectory of movement of the mentioned tube, and the holders are made in the form of springs.