RU2024814C1

RU2024814C1 - Apparatus for thermostatic control of objects

Info

Publication number: RU2024814C1
Authority: RU
Inventors: Александр Леонидович Гусев; Иван Иванович Кудрявцев
Original assignee: Александр Леонидович Гусев
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: chamber 2 is received in chamber 1 with a spaced relation. Outer side of wall of chamber 2 is provided with heat pipes positioned with a spaced relation with respect to chamber 1. The pipes are mounted for movement and contact with chamber 1 at given temperatures. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к перегородкам для сред с разной температурой, обладающим свойством односторонней проводимости и может быть использовано в теплотехнике. The invention relates to partitions for media with different temperatures, having the property of one-sided conductivity and can be used in heat engineering.

Известны устройства для тепловой защиты объектов, например, климатических камер, содержащие эквидистантно расположенные внутреннюю и наружную стенки, образующие полость. Known devices for thermal protection of objects, for example, climate chambers, containing equidistant internal and external walls that form a cavity.

Недостаток известных устройств заключается в невозможности изменять теплопроводность при изменении теплового потока и в незначительной интенсивности теплоотвода. A disadvantage of the known devices lies in the impossibility of changing the thermal conductivity with a change in the heat flux and in the insignificant intensity of the heat sink.

Известен теплоизоляционный кожух, предназначенный для снижения перепадов температуры энерговыделяющих элементов, содержащий внешнюю и внутреннюю оболочки, соединенные между собой, с образованием между ними герметичной полости, заполненной сорбирующимся газом или паром, твердый газопоглотитель, размещенный на внутренней поверхности наружной оболочки. При высокой температуре окружающей среды давление газа в герметичной полости высокое за счет нагрева твердого газопоглотителя наружной оболочки и теплопроводность кожуха велика, что обеспечивает эффективный отвод тепла от энерговыделяющего объекта, размещенного в кожухе. При понижении температуры окружающей среды снижается температура газопоглотителя и он начинает поглощать газ из герметичной полости до установления определенного давления, соответствующего этой температуре. При этом теплопроводность кожуха уменьшается, и температура размещенного в нем объекта снижается в меньшей степени, чем температура окружающей среды. Known heat-insulating casing, designed to reduce the temperature drops of the energy-generating elements, containing the outer and inner shells interconnected, with the formation between them of a sealed cavity filled with sorbed gas or steam, a solid getter placed on the inner surface of the outer shell. At high ambient temperatures, the gas pressure in the sealed cavity is high due to the heating of the solid getter of the outer shell and the heat conductivity of the casing is large, which ensures efficient heat removal from the energy-generating object placed in the casing. When the ambient temperature decreases, the getter temperature decreases and it begins to absorb gas from the sealed cavity until a certain pressure is established corresponding to this temperature. In this case, the thermal conductivity of the casing decreases, and the temperature of the object placed in it decreases to a lesser extent than the ambient temperature.

Недостатком известного устройства является незначительная интенсивность теплоотвода и малая величина отводимого теплового потока. A disadvantage of the known device is the low intensity of the heat sink and the small amount of heat flow removed.

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для тепловой защиты объектов. Устройство содержит две плиты, выполненные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, меди или другого подобного материала, теплопроводы, установленные на внешней поверхности одной из плит с хорошим тепловым контактом и выполненные, например, из термобиметалла. Поверхности плит покрыты лучеотражающим составом. В полости между плитами, опирающимися на теплоизоляционные плиты, для улучшения теплоизоляционных свойств стенки создан вакуум. The closest in technical essence solution is a device for thermal protection of objects. The device contains two plates made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, for example, aluminum, copper or other similar material, heat conductors installed on the outer surface of one of the plates with good thermal contact and made, for example, of thermal bimetal. The surfaces of the plates are coated with a reflective composition. A vacuum is created in the cavity between the plates resting on the heat-insulating plates to improve the heat-insulating properties of the wall.

Известное устройство - перегородка в термокамерах при проведении циклических температурных испытаний позволит сократить время перехода с одного теплового режима на другой. The known device - a partition in heat chambers during cyclic temperature tests will reduce the time it takes to switch from one thermal regime to another.

Целью изобретения является односторонняя передача тепла большой мощности. The aim of the invention is a one-way heat transfer of high power.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для термостатирования объектов в заданных пределах температур, содержащее эквидистантно расположенные внутреннюю и наружную стенки, образующие полость, в которой с равным шагом на внешней поверхности внутренней стенки закреплены теплопередающие элементы, согласно изобретению теплопередающие элементы выполнены в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, выполненными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капиллярной структурой, отвакуумиpованного и заполненного рабочей жидкостью, например, этиловым эфиром, при этом тепловые панели установлены с обеспечением зазора относительно внутренней поверхности наружной стенки. This goal is achieved by the fact that in the known device for thermostating of objects in a predetermined temperature range, containing equidistant internal and external walls forming a cavity in which heat transfer elements are fixed with equal pitch on the outer surface of the inner wall, according to the invention, heat transfer elements are made in the form of bellows , the cavities of which are communicated with hollow thermal panels made of a material with high thermal conductivity, with the formation of a sealed ema filled capillary structure otvakuumipovannogo and filled with hydraulic fluid, e.g., ethyl ether, and the heat panels are installed with providing clearance relative to the inner surface of the outer wall.

Сущность изобретения заключается в передаче теплового потока от камеры с источником тепловыделения к камере теплосъема при повышении температуры в камере тепловыделения до предельно допустимого значения путем автоматического перемещения теплопередающего элемента, выполненного из сильфона, сообщенного с пустотелой тепловой панелью, заполненных капиллярной структурой, отвакуумированных и заполненных рабочей жидкостью, имеющей низкую температуру кипения и прекращения передачи теплового потока от камеры тепловыделения путем автоматического возвращения теплопередающего элемента в исходное положение, в котором между тепловой панелью и стенкой теплосъема обеспечивается зазор при снижении температуры в камере тепловыделения ниже предельно допустимой за счет снижения рабочего давления в полости сильфона и его упругих свойств. The essence of the invention lies in the transfer of heat flux from a chamber with a heat source to a heat removal chamber when the temperature in the heat chamber increases to the maximum permissible value by automatically moving a heat transfer element made of a bellows in communication with a hollow thermal panel, filled with a capillary structure, evacuated and filled with working fluid having a low boiling point and stopping the transfer of heat flux from the heat dissipation chamber by automatic static return of the heat transfer element to its original position, in which a gap is provided between the heat panel and the heat removal wall when the temperature in the heat release chamber is lower than the maximum allowable due to a decrease in the working pressure in the bellows cavity and its elastic properties.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство для тепловой защиты объектов отличается тем, что теплопередающие элементы выполнены в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, выполненными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капилярной структурой, отвакуумированного и заполненного рабочей жидкостью, при этом тепловые панели установлены с обеспечением зазора относительно внутренней поверхности наружной стенки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна". Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed device for thermal protection of objects is characterized in that the heat transfer elements are made in the form of bellows, the cavities of which are in communication with hollow thermal panels made of material with high thermal conductivity, with the formation of a sealed volume filled with a capillary structure, evacuated and filled with a working fluid, while the thermal panels are installed with a gap relative to the inner surface of the outer tenki. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "Novelty."

Известно техническое решение устройства для тепловой защиты объектов, целью которого является обеспечение регулирования температуры передаваемого через устройство теплового потока и, в итоге, обеспечение регулирования процессом теплообмена. В этом устройстве тепловой поток передается через теплопроводные пластины. Теплопроводные пластины обладают ограниченной теплопроводностью, что в целом ограничивает функциональные возможности устройства. Заявляемое устройство для тепловой защиты объектов отличается тем, что теплопередающие элементы, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, имеют аномально высокую теплопроводность (в несколько тысяч раз большую, чем обычные металлы) при передаче тепла от поверхности входа к поверхности выхода, то есть способны передавать большие потоки тепла при малых температурных перепадах. A technical solution of the device for thermal protection of objects is known, the purpose of which is to regulate the temperature of the heat flux transmitted through the device and, as a result, to regulate the heat transfer process. In this device, heat flux is transmitted through heat-conducting plates. Thermal conductive plates have limited thermal conductivity, which generally limits the functionality of the device. The inventive device for thermal protection of objects is characterized in that the heat transfer elements configured to reciprocate have an abnormally high thermal conductivity (several thousand times greater than conventional metals) when transferring heat from the entrance surface to the exit surface, that is, they are capable of transmitting large heat fluxes at low temperature differences.

Таким образом, анализ известных технических решений (аналогов), в исследуемой области и смежных областях, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве для термостатирования объектов и признать заявляемое решение соответствующим критерию "Существенные отличия". Thus, the analysis of known technical solutions (analogues), in the studied area and related areas, allows us to conclude that there are no signs similar to the significant distinguishing features in the inventive device for temperature control of objects and recognize the claimed solution meets the criterion of "Significant differences".

На чертеже показан общий вид устройства, разрез. The drawing shows a General view of the device, section.

Устройство для термостатирования объектов содержит плиты 1 и 2, выполненные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, теплопередающие элементы 3, установленные на внешней поверхности плиты 2 с хорошим тепловым контактом и выполненные в виде сильфонов, полости которых сообщены с пустотелыми тепловыми панелями, изготовленными из материала с высокой теплопроводностью, с образованием герметичного объема, заполненного капиллярной структурой. В процессе изготовления герметичный объем с капиллярной структурой вакуумируется и заполняется рабочей жидкостью. В зависимости от условий использования устройства выбирается рабочая жидкость. При монтаже тепловые панели устанавливаются с зазором относительно внутренней поверхности наружной стенки, равным рабочему ходу теплопередающих элементов. В полости между плитами 1 и 2 установлены теплоизоляционные кронштейны 4, для улучшения теплоизоляционных свойств стенки создан вакуум. The device for temperature control of objects contains plates 1 and 2 made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, heat transfer elements 3 mounted on the outer surface of the plate 2 with good thermal contact and made in the form of bellows, the cavities of which are in communication with hollow thermal panels made of material with high thermal conductivity, with the formation of a sealed volume filled with a capillary structure. In the manufacturing process, a sealed volume with a capillary structure is evacuated and filled with a working fluid. Depending on the conditions of use of the device, a working fluid is selected. During installation, thermal panels are installed with a gap relative to the inner surface of the outer wall equal to the working stroke of the heat transfer elements. Heat-insulating brackets 4 are installed in the cavity between plates 1 and 2; a vacuum is created to improve the heat-insulating properties of the wall.

Если плита 1 соприкасается со средой, температуры которой Т₁, а плита 2 - со средой с температурой Т₂(Т₂>Т₁), то при заданной температуре Т₂ пеплопередающие элементы 3, изменяя свои размеры, входят в тепловой контакт с внутренней поверхностью плиты 1, и теплопроводность всей стенки будет максимальной.If the plate 1 is in contact with a medium whose temperature is T ₁ , and the plate 2 is in contact with a medium with a temperature of T ₂ (T ₂ > T ₁ ), then at a given temperature T _{2 the} ash transfer elements 3, changing their sizes, enter into thermal contact with the internal the surface of the plate 1, and the thermal conductivity of the entire wall will be maximum.

Теплопередающие элементы 3 изменяют свои размеры за счет испарения части рабочей жидкости в герметичном объеме. При этом в районе плиты 1 образуется зона испарения, а в районе плиты 2 в пустотелых тепловых панелях образуется зона конденсации. Теплопередающие элементы 3 работают в режиме тепловой трубы. The heat transfer elements 3 change their size due to the evaporation of part of the working fluid in an airtight volume. In this case, an evaporation zone forms in the region of plate 1, and a condensation zone forms in the region of plate 2 in the hollow thermal panels. The heat transfer elements 3 operate in a heat pipe mode.

Если плита 1 соприкасается со средой, температура которой Т₂, а плита 2 - со средой с температурой Т₁(Т₂>Т₁), то при той же заданной температуре Т₂ теплообменные элементы 3 не входят в тепловой контакт с внутренней поверхностью плиты 1, так как тепловой обмен происходит в основном за счет лучистой энергии, которая сведена до минимума отражающими поверхностями плит 1 и 2 и теплообменных элементов 3, и таким образом, теплопроводность стенки будет минимальной (стенка будет тепловым изолятором). Теплообменные элементы 3 в этом случае уменьшили свои размеры ввиду снижения температуры рабочей жидкости. Пары рабочей жидкости конденсируются в герметичном объеме, давление паров падает, за счет упругих свойств сильфоны приобретают свою первоначальную форму. Теплообменные элементы 3 возвращаются в исходное положение, обеспечивая зазор относительно внутренней поверхности наружной стенки.If the plate 1 is in contact with a medium whose temperature is T ₂ , and the plate 2 is in contact with a medium with a temperature of T ₁ (T ₂ > T ₁ ), then at the same given temperature T _{2, the} heat exchange elements 3 do not come into thermal contact with the inner surface of the plate 1, since the heat exchange occurs mainly due to radiant energy, which is minimized by the reflective surfaces of the plates 1 and 2 and heat exchange elements 3, and thus, the thermal conductivity of the wall will be minimal (the wall will be a thermal insulator). The heat exchange elements 3 in this case have reduced their size due to a decrease in the temperature of the working fluid. Vapors of the working fluid condense in a sealed volume, the vapor pressure drops, due to the elastic properties of the bellows get their original shape. The heat exchange elements 3 are returned to their original position, providing a gap relative to the inner surface of the outer wall.

Claims

1. DEVICE FOR THERMOSTATING OBJECTS in a predetermined temperature range, containing equidistant inner and outer chambers that form a cavity in which heat-sensitive elements are fixed at equal intervals on the outer surface of the inner chamber with a gap relative to the inner wall of the outer chamber, characterized in that the latter made in the form of evacuated heat pipes filled with coolant and capillary structure, the casing of which is sealed and formed by two heat transfer and hollow panels of a material with high thermal conductivity by means of a bellows.

2. The device according to claim 1, characterized in that ethyl ether is used as the heat carrier of the heat pipes.