способ заправки тепловой трубы теплоносителем

Формула изобретения

Способ заправки тепловой трубы теплоносителем путем ввода дозы теплоносителя внутрь трубы, нагрева участка трубы, удаления неконденсирующихся газов из трубы паром теплоносителя при контроле их количества в трубе и последующей герметизации трубы, отличающийся тем, что удаление неконденсирующихся газов осуществляют через подсоединенный к торцу трубы электромагнитный клапан, открываемый периодически на определенный промежуток времени, причем удаление неконденсирующихся газов, осуществляют при нескольких значениях теплового потока в диапазоне от нулевого до максимального рабочего, а величину теплового потока в процессе удаления неконденсирующихся газов изменяют от максимальной рабочей до минимальной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к технологии изготовления тепловых труб.

Известен способ заправки тепловой трубы теплоносителем [1] (авторское свидетельство СССР № 463842, кл. F25B 45/00, F28D 15/00, дата приоритета 12.06.1972 г.) путем предварительного ее обезгаживания и нагрева заполненной трубы, причем для обеспечения лучшего смачивания фитиля и равномерного распределения температуры по длине трубы перед нагревом в трубу вводят инертный газ, подачу которого прекращают после нагрева в момент, когда граница раздела паровой и газовой фаз достигает места отсечки газа. Положение границы пар - газ определяют путем измерения температуры, например, с помощью термопар, установленных вдоль трубы и трубопровода, соединяющего трубу с системой заправки.

Недостатком данного способа является невозможность его применения для заполнения теплоносителем таких миниатюрных и плоских тепловых труб, для которых в заправочном патрубке наблюдаются явления капиллярности, а количество заливаемого в тепловую трубу теплоносителя сравнительно небольшое. Например, явления капиллярности наблюдаются при использовании данного способа для заправки водой плоской никелевой тепловой трубы толщиной 2 мм с внутренним диаметром заправочного патрубка 1,8 мм.

Так как данный способ заправки предполагает в зоне заправочного патрубка более низкую температуру, чем в зоне нагрева трубы, то в процессе стравливания пара теплоносителя и газа в нем происходит конденсация теплоносителя. Теплоноситель удерживается в патрубке капиллярными силами и блокирует удаление из тепловой трубы неконденсирующихся газов, что приводит к их неполному удалению из тепловой трубы.

Поскольку в процессе стравливания давление в верхней части полости тепловой трубы понижается, то может возникнуть ситуация, когда теплоноситель, сконденсированный в заправочном патрубке, начинает всасываться в полость трубы. При этом если заправочный патрубок сообщается с газопроводом, заполненным инертным газом [1], возникнет поток инертного газа в полость тепловой трубы.

Увеличение температуры тепловой трубы в зоне ее нагрева способствует удалению из нее неконденсирующихся газов. Однако при этом неизбежно существенно возрастает и количество теплоносителя, удаляемого из трубы, вводимый в трубу избыток которого для миниатюрных и плоских тепловых труб сравнительно небольшой.

Наиболее близким по технической сущности и поэтому выбранным в качестве прототипа является способ заправки тепловой трубы [2] (авторское свидетельство СССР № 1339365, дата приоритета 04.06.1985) путем ввода дозы теплоносителя внутрь трубы, нагрева последней, удаления неконденсирующихся газов паром теплоносителя через подсоединенный к торцу трубы газопровод при контроле положения границы пар - газ по разности температур, измеряемой по длине газопровода. С целью расширения функциональных возможностей способа в газопроводе на участке измерений поток неконденсирующихся газов дросселируют. При этом стравливание неконденсирующихся газов может осуществляться в окружающею среду (воздух), атмосферу инертного газа или вакуум.

Способ заправки [2] также практически не применим для заполнения теплоносителем миниатюрных и плоских тепловых труб. При заправке таких тепловых труб способом [2] в случае, если заправочный патрубок, через который удаляется газ, сообщается с окружающей средой (воздухом) или атмосферой инертного газа, имеют место те же, уже описанные выше, процессы, препятствующие полному удалению неконденсирующихся газов из полости тепловой трубы. Если же заправочный патрубок сообщается с вакуумной линией, то с одной стороны в нем происходит конденсация паров теплоносителя, с другой - теплоноситель в виде пара постепенно откачивается из заправочного патрубка. При этом теплоноситель, конденсирующийся в заправочном патрубке, также препятствует полному удалению из тепловой трубы неконденсирующихся газов, а потери теплоносителя за счет откачки его паров существенно возрастают.

При стравливании неконденсирующихся газов через дроссель [2], площадь сечения проходного отверстия которого меньше площади сечения отверстия заправочного патрубка, капиллярные силы, действующие на теплоноситель, сконденсированный в проходном отверстии дросселя, выше, чем в заправочном патрубке, и удаление газа из тепловой трубы еще более затрудняется.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа заправки тепловой трубы (применение для заправки миниатюрных и плоских тепловых труб) и повышение качества заполнения за счет более полного удаления неконденсирующихся газов.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в известном способе заправки тепловой трубы [2], включающем ввод дозы теплоносителя внутрь трубы, нагрев участка трубы, удаление неконденсирующихся газов из трубы паром теплоносителя при контроле их количества в трубе и последующей герметизации трубы, согласно заявляемому техническому решению неконденсирующиеся газы удаляют через подсоединенный к торцу трубы электромагнитный клапан, открываемый периодически на определенный промежуток времени, причем удаление неконденсирующихся газов осуществляют при нескольких значениях теплового потока в диапазоне от нулевого до максимального рабочего, а величину теплового потока в процессе удаления неконденсирующихся газов изменяют от максимальной рабочей до минимальной.

С помощью электромагнитного клапана можно соединять заправочный патрубок тепловой трубы, например, с вакуумной линией на период времени, составляющий доли секунды, в течение которого газ удаляется наиболее эффективно. В промежуток времени, когда клапан закрыт, производится откачка паров теплоносителя, попавшего в вакуумную линию, а теплоноситель, сконденсировавшийся в заправочном патрубке, по крайней мере, частично стекает в тепловую трубу, которая в свою очередь возвращается на стационарный тепловой режим работы. В итоге к моменту следующего открытия клапана возможность эффективного удаления газа возобновляется. Сообщение заправочного патрубка трубы с вакуумной линией на короткие промежутки времени способствует снижению потерь теплоносителя. Таким образом при этом становится возможной заправка теплоносителем миниатюрных и плоских тепловых труб.

Повышение качества заполнения за счет более полного удаления неконденсирующихся газов достигается тем, что удаление неконденсирующихся газов осуществляют при нескольких значениях величины теплового потока (Р) в диапазоне от нулевого до максимального рабочего; при этом величину теплового потока в процессе удаления неконденсирующихся газов изменяют от максимального рабочего до минимального. Удаление неконденсирующихся газов первоначально при нагреве участка тепловой трубы с максимальным рабочим тепловым потоком, а затем при режимах нагрева с постепенно уменьшающимся тепловым потоком обусловлено следующим.

Непосредственно после ввода внутрь тепловой трубы дозы теплоносителя количество в ней неконденсирующихся газов значительное, существенен избыток теплоносителя и удаление неконденсирующихся газов при нагреве участка трубы с низкой величиной теплового потока неэффективно. Удаление же неконденсирующихся газов из миниатюрных и плоских тепловых труб путем их нагрева с высоким постоянным тепловым потоком сопровождается значительными для данных труб потерями теплоносителя даже в течение времени одного открытого состояния клапана. Поэтому в данном случае для того, чтобы потери теплоносителя не были критическими, процесс заправки должен быть завершен до того, как из тепловой трубы будет полностью удален неконденсирующийся газ.

Пример 1.

В качестве примера конкретного выполнения заявляемого технического решения приведен способ заправки водой плоской тепловой трубы из никеля, имеющей размеры (140×110×2) мм и заправочный патрубок с диаметром проходного отверстия 1,8 мм, при ее нагреве с постоянным тепловым потоком.

Тепловая труба располагалась вертикально относительно поля сил тяжести. Через заправочный патрубок в нее заливалось 12,3 г воды. Заправочный патрубок трубы подсоединялся к системе вакуумирования через миниатюрный электромагнитный клапан с диаметром проходного отверстия 2 мм. Период времени, на который приоткрывался клапан, обеспечивался специальной схемой управления клапаном и составлял десятые доли секунды. К участку тепловой трубы в нижней ее части с размерами (110×55) мм с двух сторон подводился поток тепла.

Наличие неконденсирующихся газов в тепловой трубе контролировалось с помощью способа контроля качества заправки [3] (авторское свидетельство СССР № 1326869, дата приоритета 28.01.1986). В соответствии с данным способом подводят тепло к одному из участков тепловой трубы, измеряют температуры в двух ее точках на противоположных концах трубы по разные стороны от зоны теплоподвода, определяют разность измеренных температур ( t) и по ее величине судят о количестве неконденсирующихся газов в трубе.

В процессе удаления неконденсирующихся газов из трубы измерения температуры трубы проводились в крайней нижней (на границе зоны нагрева) и в крайней верхней (на границе зоны конденсации) точках (соответственно t_исп и t _конд).

Режимы, по которым осуществлялось удаление неконденсирующихся газов, из тепловой трубы приведены в таблице 1. На фиг.1 представлена также зависимость измеренной разности температур t от стадии удаления газа. Под стадией удаления газа здесь и ниже подразумевается одно срабатывание электромагнитного клапана.

Таблица 1
Р, Вт	Стадия удаления газа (номер по порядку)	tисп, °С	tконд, °С	t, °C
39,9	0	98,9	69,5	29,4
39,9	1	99,2	69,9	29,3
39,9	2	98,9	72,8	26,1
39,9	3	100,0	82,8	17,3
39,9	4	98,7	89,1	9,7
39,9	5	97,1	91,4	5,7
39,9	6	95,9	93,4	2,4
39,9	7	97,9	93,7	4,2
39,9	8	102,8	93,6	9,2

Приведенные данные демонстрируют, как по мере удаления газа величина t снижается с 29,4°С до 2,4°С (после 6-й стадии выпуска). При дальнейших попытках удаления газа из тепловой трубы (стадии выпуска 7, 8) разность температур t начинает снова возрастать, что свидетельствует о недостаточном количестве в ней теплоносителя.

После снятия тепловой трубы со стенда заправки путем взвешивания установлено, что масса теплоносителя, оставшегося в ней, составляет 3,8 г.

Пример 2.

Пример осуществления способа заправки водой плоской тепловой трубы согласно заявляемому способу с удалением неконденсирующихся газов при нагреве с тепловым потоком, изменяющимся от максимального рабочего значения до его минимальной величины.

Принципиальная схема реализации способа соответствовала описанной в примере 1. В полость тепловой трубы было залито 11,8 г воды. Режимы, по которым осуществлялось удаление неконденсирующихся газов, из тепловой трубы приведены в таблице 2.

Таблица 2
Р, Вт	Количество стадий удаления газа	До удаления газа	После удаления газа
tисп, °C	tконд, °С	t, °C	tисп, °С	tконд, °С	t, °C
38,5	5	116,5	82,2	34,3	96,5	94,0	2,5
4,8	4	31,5	28,2	3,2	31,8	31,3	0,5
2,7	3	29,0	28,5	0,5	28,2	27,9	0,4
1,6	4	25,7	25,3	0,4	26,3	26,0	0,3

При тепловом потоке Р=38,5 Вт удаление неконденсирующегося газа проводилось до тех пор, пока величина t не снизилась до 2,5°С. Затем величина теплового потока была понижена и удаление неконденсирующегося газа осуществлялось последовательно при Р=4,8 Вт, Р=2,7 Вт, Р=1,6 Вт.

После стадий удаления газа при Р=38,5 Вт и по завершении его удаления при Р=1,6 Вт были сняты зависимости разности температур t от величины теплового потока Р (соответственно 1 и 2, фиг.2). Зависимость 1, полученная после удаления газа при Р=38,5 Вт, проходит через максимум (при Р=4,8 Вт t=3,2°С), что свидетельствует о том, что в тепловой трубе еще осталось некоторое количество неконденсирующихся газов. Для тепловой трубы после завершения удаления газа при Р=1,6 Вт величина разности температур при Р=4,8 Вт составляет всего 0,3°С, а при Р=38,5 Вт - 1,7°С.

Масса теплоносителя в тепловой трубе после заправки - 5,9 г.

Применение заявляемого способа заправки тепловой трубы теплоносителем позволяет осуществлять заправку миниатюрных и плоских тепловых труб и повысить качество заправки за счет более полного удаления неконденсирующихся газов и тем самым - повысить качество изготавливаемых тепловых труб. Тепловая труба с предельно низким содержанием неконденсирующихся газов может работать во всем диапазоне рабочих тепловых потоков с небольшой по величине разностью температур между ее зонами испарения и конденсации.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 463842, кл. F25B 45/00, F28D 15/00, дата приоритета 12.06.1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 1339365, кл. F25B 45/00, F28D 15/02, дата приоритета 04.06.1985.

3. Авторское свидетельство СССР № 1326869, кл. F28D 15/02, дата приоритета 28.01.1986.