Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Регулирование с обратной связью в применении к тепловым трубам переменной проводимости

Тепловые трубы переменной проводимости с холодным резервуаром особенно чувствительны к изменению температуры стока, которая может влиять на давление и температуру в резервуаре. Для преодоления этого недостатка были разработаны описанные выше устройства с горячим резервуаром.

В идеальном варианте каждый из указанных типов тепловой трубы в лучшем случае способен поддерживать постоянной свою собственную температуру, и эта задача оказывается осуществимой только при использовании бесконечно большого аккумулирующего объема. Таким образом, если термическое сопротивление источника теплоты велико или мощность, которую требуется отвести от охлаждаемого элемента, подвержена колебаниям, выходящим за определенные пределы, то температура источника теплоты не будет поддерживаться постоянной и ее колебания могут оказаться значительными, т. е. система в целом будет неприемлемой.

Разработка тепловых труб переменной проводимости с регулированием на основе принципа обратной связи позволила осуществить абсолютное регулирование температуры, что было подтверждено экспериментально [6-6]. Эти тепловые трубы представляют собой третье поколение устройств для регулирования температуры, работающих по принципу тепловой трубы.

Возможны два вида регулирования на основе обратной связи: активное (электрическая связь) и пассивное (механическая).

6-3-1. Регулирование с электрической (активной) обратной связью. На 6-5 схематически показана тепловая труба переменной проводимости с регулированием на базе активной обратной связи. Для должного перемещения границы раздела пар — газ, обеспечивающего постоянство регулируемой температуры, используется схема, включающая в себя датчик температуры, электронный регулятор и обогреваемый (внешним или внутренним нагревателем) резервуар. Как и в системе с холодным резервуаром, фитиль выполняется сплошным и заходит в аккумулирующий газовый объем. Следовательно, термодинамически насыщенная жидкость всегда присутствует в резервуаре. Парциальное давление паров в резервуаре, находящихся в равновесии с жидкостью, определяется температурой резервуара, которая может изменяться с помощью вспомогательного нагревателя.

Для предельных случая регулирования системы определяются условиями подвода и отвода большой мощности и подвода и отвода малой мощности соответственно. В первом случае требуется обеспечить работу тепловой трубы с максимальной проводимостью, тогда как во втором случае, наоборот, минимальные подвод и отвод теплоты отвечают работе тепловой трубы в режиме минимальной теплопередающей способности.

Устанавливая датчик температуры у источника теплоты и соединяя его через регулятор с нагревателем резервуара, можно изменять мощность вспомогательного нагревателя, а тем самым и температуру резервуара таким образом, что будет осуществлено прецизионное регулирование положения газового фронта, поддерживая тем самым температуру источника на заданном уровне.

6-3-2. Регулирование с механической (пассивной) обратной связью. В большинстве работ по регулированию с механической обратной связью использовался резервуар с сильфоном, как это предлагалось в ряде ранних работ по тепловым трубам  переменной проводимости с пассивным регулированием без обратной связи. Предложенная система с пассивной обратной связью, использующая сильфон, была спроектирована Бинертом с сотрудниками [6-7, 6-8], она показана на 6-6. Регулирующее устройство состоит из двух сильфонов и чувствительного баллончика, размещенного рядом с источником теплоты. Во внутреннем сильфоне находится вспомогательная жидкость, в общем случае она несжимаема; сильфон соединяется с чувствительным баллоном капиллярной трубкой.

6-6. Тепловая труба переменной   проиоднмости  с   регулированием на основе пассивной обратной связи.

Изменение температуры источника теплоты вызовет изменение давления вспомогательной жидкости и перемещение внутреннего сильфона. Это перемещение приведет к изменению положения основного сильфона. Соотнося перемещение основного сильфона и тем самым изменение положения границы раздела пар — газ в тепловой трубе с температурой источника теплоты, получаем систему регулирования температуры источника с обратной связью.

В работе Депью с сотрудниками [6-9] описан опыт создания и испытания тепловой трубы переменной проводимости на метиловом спирте с регулированием по принципу пассивной обратной связи. В качестве буферного газа использовался азот. Система была испытана в диапазоне подводимой мощности 2—30 Вт при температуре источника теплоты, равной температуре окружающей среды, и номинальном значении температуры стока теплоты 0°С. Регулирование осуществлялось при помощи металлического сильфонного газового резервуара. Перемещение основного   сильфона   происходило под действием внутреннего сильфона, заполненного жидкостью. Жидкостный сильфон перемещался под действием давления расширяющегося метилового спирта, находящегося во вспомогательном резервуарчике, размещенном в нагревательном блоке. С помощью этого устройства было достигнуто регулирование температуры источника теплоты в пределах ±4°С.