Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Тепловые трубы в роли тепловых выключателей и тепловых диодов

Кроме описанных ранее возможностей тепловой трубы при соответствующем исполнении она может выполнять роль управляемого термического сопротивления. Эти функции сильно расширяют область применения тепловых труб. Например, для космических кораблей часто очень существенно точное поддержание температуры, в то время как внутренняя диссипация теплоты и внешний тепловой поток могут претерпевать значительные изменения. В криогенной технике и ряде других приложений эффективная передача теплоты должна осуществляться в одном направлении, в то время как перенос теплоты в обратную сторону должен быть исключен.

Для того чтобы добиться регулирования процессов в тепловой трубе, необходимо модифицировать одну из четырех или несколько ступеней происходящего в ней циклического процесса. Эти ступени следующие:

1)         испарение;

2)         перетекание пара к конденсатору,

3)         конденсация;

4)         перетекание жидкости к испарителю.

Для обеспечения однонаправленной работы трубы (режим теплового диода) необходимо ввести некоторую асимметрию в процессы перетекания рабочей жидкости. Для функционирования трубы в качестве выключателя один из этих процессов должен быть полностью прерван, что может быть достигнуто, например, замораживанием рабочей жидкости, отсосом жидкости, осушением фитиля, перекрытием парового потока илн экранированием конденсатора инертным газом. Переменное сопротивление или проводимость обычно достигается экранированием части поверхности конденсатора с помощью инертного газа. Этот процесс может регулироваться вручную изменением давления газа или путем применения большого буферного объема газа, действие которого аналогично поведению чувствительного к изменению температуры электрического резистора, или установкой температурного датчика и контура с активной обратной связью, изменяющий давление инертного газа. Тепловая труба переменной проводимости детально описана в гл. 6. Тепловые диоды и выключатели рассматриваются ниже.

5-6-1. Тепловой диод. Простейшим тепловым диодом является термосифон, в котором сила тяжести обеспечивает требуемую асимметрию процессов переноса, хотя это проявляется только в условиях фиксированного положения аппарата в пространстве. Гравитация будет обеспечивать реализацию однонаправленной передачи теплоты (эффекта диода) также и в тепловой трубе с фитилем, поскольку

Киркпетрик [5-10] описывает два типа тепловых диодов. В одном из них применяется захват жидкости, во втором — блокада жидкости. Если обратиться к 5-7, то в схеме с подводом теплоты согласно 5-7,а тепловая труба будет работать в обычном режиме. Если зоны испарения и конденсации меняются местами (5-7,6), то сконденсировавшаяся жидкость захватывается резервуаром, фитиль которого не связан с левым концом фитиля собственно тепловой трубы, и тепловая труба перестает работать — теплота передаваться не будет.

Па 5-8 представлено похожее устройство, однако в нем избыток жидкости "находится в трубе. Как показано на 5-8,а жидкость скапливается в резервуаре у конденсатора тепловой .трубы и тепловая труба будет нормально работать. На 5-8,6 конденсатор и испаритель поменялись местами и избыток жидкости блокирует конденсатор — тепловая труба перестает работать.

5-6-2. Тепловой выключатель. В литературе указывается ряд способов отключения тепловой трубы. Некоторые из них обсуждаются в работах Броста и Шуберта [5-11], а также Эддлстона и Хекса [5-12]. Рисунок 5-9,а иллюстрирует простой способ вытеснения рабочей жидкости, в котором пребывающая в жидкой фазе рабочая жидкость может быть вытеснена из безфитильного резервуара твердым телом — вытеснителем [5-11]1 На 5-9,6 показано перекрытие парового потока с помощью заслонки с магнитным приводом. Рабочая жидкость может быть заморожена с помощью термоэлектрического охладителя