RU2416065C2

RU2416065C2 - Self-regulating heat pipe

Info

Publication number: RU2416065C2
Application number: RU2009122277/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Верников (RU); Евгений Михайлович Верников
Original assignee: Евгений Михайлович Верников
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-04-10
Also published as: RU2009122277A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: device consists of heat pipe (HP) and thermal regulating unit containing three bellows: with non-condensing gas ("gas bellow"), "condensate" bellow exchanging the condensate with HP and "independent" bellow filled with specially chosen fluid and sealed. Bellows form power-reservoir system: "heat pipe - condensate bellow - independent bellow". When heating (cooling) the stabilised object, independent bellow is deformed, thus influencing two other ones. As a result of mechanical action some portion of gas fills in HP condenser, thus partially displacing from it the working medium to condensate bellow, which reduces effective conductivity of HP. During the cooling process, action of bellows has inverse sequence. Independent bellow is filled with fluid the inclination angle of steam saturation curve of which to temperature axis exceeds similar value in fluid in HP.

EFFECT: regulation after itself without special energy sources and additional devices of electric or other nature.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к терморегулирующим устройствам многоцелевого назначения, не требующим для своего функционирования специальных компонент электронного или иного характера и дополнительных источников энергии.The invention relates to multi-purpose temperature control devices that do not require special electronic or other components and additional energy sources for their functioning.

Они могут быть использованы для выращивания микроорганизмов в ферментерах для поддержания воздуха в помещении, обогреваемом приборами центрального отопления, в комфортных температурных условиях и др. В качестве структурного элемента они содержат известные тепловые трубы (ТТ), частично заполненные неконденсирующимся газом («газом»).They can be used for growing microorganisms in fermenters to maintain air in a room heated by central heating devices, in comfortable temperature conditions, etc. As a structural element, they contain well-known heat pipes (TT), partially filled with non-condensing gas ("gas").

Известны регуляторы температуры, например, РТК-2216, предназначенные для автоматического поддержания заданной температуры в отапливаемых помещениях за счет регулирования секундного расхода теплоносителя [Манюк В.И. и др. «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник» 3-е изд. М., Стройиздат, 1988. Указанные типы регуляторов характеризуются:Known temperature controllers, for example, RTK-2216, designed to automatically maintain a given temperature in heated rooms by regulating the second flow rate of the coolant [Manyuk V.I. and others. "Adjustment and operation of water heating networks. Directory »3rd ed. M., Stroyizdat, 1988. These types of regulators are characterized by:

- нестационарным характером течения теплоносителя в приборах и опасностью возникновения автоколебательных процессов;- the unsteady nature of the flow of coolant in devices and the danger of self-oscillating processes;

- физическим контактом теплоагента с термостабилизируемой средой, что для, например, биохимических технологических процессов недопустимо;- physical contact of the heat agent with a thermostabilized medium, which for, for example, biochemical processes is unacceptable;

- отложением технологических солей, растворенных в теплоагенте, на взаимоперемещаемых поверхностях, например седла и клапана.- deposition of process salts dissolved in the heat agent on mutually moving surfaces, such as seats and valves.

Предлагаемая ниже конструкция лишена отмеченных недостатков.The design proposed below is devoid of the noted drawbacks.

Существуют саморегулирующиеся тепловые трубы (СРТТ), известные также как газорегулируемые (ГРТТ), обладающие способностью стабилизировать (регулировать) температуру стенки ТТ при переменных тепловых нагрузках на испарителе и конденсаторе. См., например, Bienert W.Dynatherm Corp., Cockeysville, Proc. 4-th IECEC, 1969, p.1033. Русский пер.: Бинерт «Применение тепловых труб для регулирования температуры». В сб. «Тепловые трубы», пер. с англ. и нем. М., «Мир», 1972. С.349…370.There are self-regulating heat pipes (СРТТ), also known as gas-regulating heat pipes (ГРТТ), with the ability to stabilize (regulate) the temperature of the TT wall under variable heat loads on the evaporator and condenser. See, for example, Bienert W. Dynatherm Corp., Cockeysville, Proc. 4-th IECEC, 1969, p. 1033. Russian translation: Binert "The use of heat pipes for temperature control." On Sat "Heat pipes", trans. from English and dumb. M., Mir, 1972. P.349 ... 370.

В этих ТТ эффект термостабилизации достигают благодаря различному типу зависимости от температуры давления насыщенного пара и газа: экспоненциальная и соответственно близкая к линейной. Вследствие этого меняются активная поверхность теплообмена конденсатора, осевая тепловая нагрузка и, как следствие, стабилизируется температура.In these TTs, the effect of thermal stabilization is achieved due to a different type of dependence on the pressure temperature of saturated steam and gas: exponential and, accordingly, close to linear. As a result of this, the active surface of the heat exchange of the condenser changes, the axial heat load, and, as a result, the temperature stabilizes.

Для усиления эффекта терморегулирования ТТ обычно соединяют с сильфоном, наполненным неконденсирующимся газом. Подобный эффект оказывает и внутренняя вставка в паровом канале.To enhance the effect of thermoregulation, TTs are usually combined with a bellows filled with non-condensing gas. A similar effect is exerted by the inner insert in the steam channel.

Приводимое ниже описание тепловой трубы саморегулирующейся в отличие от известных конструкций обладает свойством терморегулирования объекта сплошной среды (газа, жидкости др.) за счет компенсации нерегламентированных (случайных) потерь тепла Q(t) этим объектом. Свойство «саморегулирования» для данной конструкции имеет тот смысл, что термическое сопротивление ТТ меняется автоматически вследствие изменения температуры объекта, контактирующего с конденсатором. Это достигают благодаря системе сильфонов, специальным образом взаимодействующих с ТТ, а именно тем, что труба тепловая саморегулирующаяся с обогреваемым наружным теплоносителем испарителем, с конденсатором в тепловом контакте с объектом сплошной среды (газом, жидкостью и др.), с капиллярной системой, обеспечивающей возврат конденсата в испаритель, с емкостью переменного объема, заполненной неконденсирующимся газом, например сильфоном, «газовым» сильфоном, соединенным с концом конденсатора, с образованием системы сообщающихся сосудов «тепловая труба - газовый сильфон» содержит регулирующий блок из трех различных механически взаимодействующих сильфонов, размещенных в вертикальном несущем перфорированном цилиндре («цилиндре»), один из которых, газовый сильфон, соединенный с конденсатором капиллярной трубкой, фиксируют в «нижнем» основании цилиндра, другой сильфон фиксируют в «верхнем» основании цилиндра и через фланец сильфона капиллярной трубкой соединяют с началом испарителя, «конденсатный» сильфон с образованием трехемкостной системы сообщающихся сосудов - «конденсатный сильфон - тепловая труба - газовый сильфон»; третий сильфон предварительно заполняют специально подобранной рабочей жидкостью, герметизируют («автономный» сильфон) и механически сопрягают с газовым и конденсатным сильфонами, причем «верхним» фланцем автономный сильфон с помощью кольца фиксируют в цилиндре на высоте, не превышающей нижнего положения дна при расширении конденсатного сильфона, а сильфоны автономный и газовый соединяют с помощью кольца, на котором устанавливают передаточные стойки, пропускают их через отверстия в диске, фиксирующем фланец автономного сильфона, и закрепляют на другом диске, сопряженном, с дном конденсатного сильфона, например, при помощи пайки.The following description of a self-regulating heat pipe, in contrast to known constructions, has the property of thermoregulating a continuous medium object (gas, liquid, etc.) by compensating for unregulated (random) heat loss Q (t) by this object. The “self-regulation” property for this design makes sense that the thermal resistance of the CT changes automatically due to changes in the temperature of the object in contact with the capacitor. This is achieved thanks to a system of bellows that interact in a special way with TT, namely, that the heat pipe is self-regulating with a heated external heat carrier evaporator, with a condenser in thermal contact with a continuous medium object (gas, liquid, etc.), with a capillary system that provides a return condensate to the evaporator, with a variable-capacity tank filled with non-condensing gas, such as a bellows, a “gas” bellows connected to the end of the condenser, to form a system of interconnected vessels "Heat pipe - gas bellows" contains a control unit of three different mechanically interacting bellows located in a vertical supporting perforated cylinder ("cylinder"), one of which, a gas bellows connected to a condenser by a capillary tube, is fixed in the "lower" base of the cylinder, the other bellows are fixed in the "upper" base of the cylinder and connected through the bellows flange with a capillary tube to the beginning of the evaporator, the "condensate" bellows with the formation of a three-capacity system of communicating vessels - "to condensate bellows - heat pipe - gas bellows "; the third bellows are pre-filled with a specially selected working fluid, sealed (“stand-alone” bellows) and mechanically mated with gas and condensate bellows, and the stand-up bellows are fixed with the “upper” flange in the cylinder at a height not exceeding the bottom bottom position when the condensate bellows expand and the autonomous and gas bellows are connected by means of a ring on which the transmission racks are installed, they are passed through the holes in the disk fixing the flange of the autonomous bellows, and fasten on another disk, paired, with the bottom of the condensate bellows, for example, by soldering.

Для автоматического достижения задаваемой температуры автономный сильфон заполняют рабочей жидкостью, угол наклона кривой насыщения пара которой к температурной оси превышает аналогичную величину для рабочей жидкости в тепловой трубе.To automatically achieve the set temperature, the autonomous bellows is filled with a working fluid, the angle of inclination of the vapor saturation curve of which to the temperature axis exceeds the same value for the working fluid in the heat pipe.

Для задания температуры объекта регулирования между диском, сопряженным с дном конденсатного сильфона, и верхним основанием цилиндра в местах крепления передаточных стоек устанавливают пружины задатчика, работающих на сжатие и растяжение, с вынесенными за пределы цилиндра подстроенными винтами.To set the temperature of the control object between the disk mating with the bottom of the condensate bellows and the upper base of the cylinder in the places of fastening of the transmission racks, set the springs of the adjuster working for compression and tension, with the screws adjusted outside the cylinder.

Для усиления терморегулирующих свойств капиллярную трубку между конденсатным сильфоном и началом испарителя прокладывают внутри парового канала.To enhance the thermostatic properties, a capillary tube between the condensate bellows and the beginning of the evaporator is laid inside the steam channel.

ТТ в качестве промежуточного теплоносителя при определенных конструктивных и режимных параметрах могут быть более эффективными, чем, например, проточные теплообменники [См. Верников Е.М. и др. «Исследование и метод расчета относительной эффективности тепловых труб и проточных теплообменников». - Сушильные аппараты и печи для химических производств. Сб. «Химическое машиностроение»] М.: НИИхиммаш, 1981, с.153…161. Можно утверждать, что встраивание в регулирующее устройство ТТ между теплоносителем и терморегулируемым объектом при определенных условиях не ухудшает интенсивности теплопередачи.TT as an intermediate heat carrier under certain design and operating parameters can be more effective than, for example, flow heat exchangers [See Vernikov E.M. and others. "Research and method for calculating the relative efficiency of heat pipes and flow heat exchangers." - Dryers and furnaces for chemical production. Sat "Chemical engineering"] M.: NIIkhimmash, 1981, p.153 ... 161. It can be argued that the incorporation of a TT between the heat carrier and the thermoregulated object in the control device under certain conditions does not impair the heat transfer rate.

Схема устройства приведена на Фиг.1.The device diagram is shown in Fig.1.

Конструкция состоит из ТТ и терморегулирующего блока (ТРБ), выполненного из трех разнофункциональных сильфонов, размещенных в несущем вертикальном перфорированном цилиндре («цилиндре») и специальным образом взаимодействующих с паровым каналом. Перфорация цилиндра предназначена для уменьшения тепловой инерции устройства.The design consists of a TT and a temperature control unit (TRB) made of three different-function bellows placed in a vertical supporting perforated cylinder (“cylinder”) and in a special way interacting with the steam channel. Perforation of the cylinder is designed to reduce the thermal inertia of the device.

Поверхность испарителя 1 обогревают проточным теплоносителем, а тепло от конденсатора 2 передают ограниченному объему окружающей сплошной среды.The surface of the evaporator 1 is heated by flowing coolant, and the heat from the condenser 2 is transferred to a limited volume of the surrounding continuous medium.

Термостабилизируемый объект Г (стабобъект Г) ограничен полупроницаемой поверхностью (пунктирная линия Г) и находится в хорошем тепловом контакте с поверхностью конденсатора, например, за счет интенсивного перемешивания среды.The thermostabilized object G (stabilized object G) is bounded by a semipermeable surface (dashed line G) and is in good thermal contact with the surface of the condenser, for example, due to intensive mixing of the medium.

Сильфон 5, с неконденсирующимся газом, «газовый» сильфон (ГС-5), соединен с паровым каналом капиллярной трубкой 4. ГС-5 сопрягают с дном сильфона 7, предварительно заполненным специально подобранной рабочей жидкостью и герметично закрытым, с «автономным» сильфоном (АС-7).Bellows 5, with non-condensable gas, a “gas” bellows (GS-5), is connected to the steam channel by a capillary tube 4. GS-5 is mated to the bottom of the bellows 7, pre-filled with specially selected working fluid and hermetically sealed, with an “autonomous” bellows ( AC-7).

Фланец АС-7 с кольцом 10 фиксируют в цилиндре 6 на некотором расстоянии от верхнего основания цилиндра, которое указано ниже.The AC-7 flange with the ring 10 is fixed in the cylinder 6 at a distance from the upper base of the cylinder, which is indicated below.

Состыкованные ГС-5 и АС-7 соединяют кольцом 8, свободно перемещающемся в цилиндре 6. На этом кольце укрепляют «стойки-тяги» 9, пропускают их через специальные отверстия в неподвижном кольце 10 и фиксируют на другом подвижном кольце 11, совмещенном с дном третьего, «конденсатного» сильфона 13 (КС-13). Стойки-тяги 9 обеспечивают передачу механических усилий «сжатия-растяжения» от АС-7 и деформацию КС-13.Docked GS-5 and AC-7 are connected by a ring 8, freely moving in the cylinder 6. On this ring reinforce the "rod-rod" 9, pass them through special holes in the stationary ring 10 and fix on another movable ring 11, combined with the bottom of the third , “Condensate” bellows 13 (KS-13). Racks-thrust 9 provide the transmission of mechanical forces "compression-tension" from the AC-7 and the deformation of the KS-13.

Фланец КС-13 фиксируют в верхнем основании 12 цилиндра 6 и капиллярной трубкой 14 соединяют с началом испарителя 1. Трубку 14 прокладывают внутри парового канала; она одновременно служит «внутренней вставкой», повышающей терморегулирующие свойства конструкции, как отмечалось выше.The flange KS-13 is fixed in the upper base 12 of the cylinder 6 and the capillary tube 14 is connected to the beginning of the evaporator 1. The tube 14 is laid inside the steam channel; at the same time, it serves as an “internal insert” that enhances the thermoregulatory properties of the structure, as noted above.

Кольцо 10 в цилиндре 6 укрепляют на высоте, обеспечивающей максимальный размах отклонения дна КС-13. Между кольцом 11 и основанием цилиндра 12 в местах крепления тяг-стоек 9 размещают пружины 15 задатчика стабилизируемой температуры. Винты задатчика с регулировочными гайками 16 устанавливают снаружи цилиндра 6. Пружины 15 задатчика используют и на сжатие и растяжение.The ring 10 in the cylinder 6 is strengthened at a height that provides the maximum swing of the bottom deflection KS-13. Between the ring 11 and the base of the cylinder 12 in the mounting points of the tie rods 9 are placed springs 15 adjuster temperature stabilizer. The screws of the adjuster with the adjusting nuts 16 are installed outside the cylinder 6. The springs 15 of the adjuster are used for compression and tension.

Для ТТ рабочая жидкость выбирается из требований удовлетворительной теплопередачи между наружным теплоносителем и стабобъектом Г. Особенностью данной конструкции, обеспечивающей автоматический выход на заданную стабилизируемую температуру, является превышение угла наклона кривой давления насыщенного пара к температурной оси для АС-7 аналогичной величины для пара в ТТ.For TT, the working fluid is selected from the requirements of satisfactory heat transfer between the external coolant and the stability object G. A feature of this design, which provides automatic access to a given stabilized temperature, is the excess of the slope of the saturated steam pressure curve to the temperature axis for AC-7 of a similar value for steam in the TT.

Сила, действующая на дно сильфона, определяется как давлением насыщенного пара, так и площадью поперечного сечения (дна) сильфона. На Фиг.2 в качестве примера приведена зависимость давления от температуры и силы, действующей на дно сильфона для четыреххлористого углерода (ССl₄) в ТТ (пунктирная линия) и этанола (С₂Н₆О) в АС-7 (серия из трех сплошных линий). Линии 'b' и 'h' задают давление пара, т.к. площадь дна сильфонов для них равна (S__b=S__h=l кв.см (кривые 'b' и 'h'). Они являются линейной аппроксимацией экспоненциальных зависимостей, взятых из: «Теплотехнический справочник», Изд.2, т.1, M., «Энергия», 1975, 744 с. (Рис.5-7. «Зависимость давления насыщения пара некоторых жидкостей от температуры». Табл.5-51, с.198. «Температура насыщенного пара неорганических веществ»).The force acting on the bottom of the bellows is determined by both the pressure of saturated steam and the cross-sectional area (bottom) of the bellows. Figure 2 shows as an example the dependence of pressure on temperature and the force acting on the bottom of the bellows for carbon tetrachloride (CCl ₄ ) in TT (dashed line) and ethanol (C ₂ H ₆ O) in AC-7 (series of three solid lines). Lines 'b' and 'h' set the vapor pressure, because the bottom area of the bellows for them is equal to (S_ _b = S_ _h = l sq.cm (curves 'b' and 'h'). They are a linear approximation of exponential dependencies taken from: “Thermal Engineering Handbook”, Vol. 2, vol. 1 , M., "Energy", 1975, 744 pp. (Fig. 5-7. "The dependence of the vapor saturation pressure of some liquids on temperature". Table 5-51, p.198. "The temperature of the saturated vapor of inorganic substances").

Сплошные линии 'а' и 'с' представляют зависимости сил давления на дно сильфонов с площадью, большей S__b (кривая 'а') и меньшей S__b (кривая 'с'). Для кривой 'h' S_b=1 кв.см. Множество точек пересечения линий пунктирной и серии сплошных (в частности, h__a, h__b и h__c) дает возможность конструктивного выбора температуры стабобъекта Г.The solid lines 'a' and 'c' represent the dependences of the pressure forces on the bottom of the bellows with an area greater than S_ _b (curve 'a') and less than S_ _b (curve 'c'). For the curve 'h' S_b = 1 sq.cm. The set of intersection points of the dashed and solid lines (in particular, h_ _a , h_ _b and h_ _c ) makes it possible to constructively select the temperature of the stable object G.

Оценить зависимость диаметров сильфонов, температуру и давление насыщенного пара можно из уравнения баланса сил взаимодействующих сильфоновThe dependence of the diameters of the bellows, the temperature and pressure of saturated steam can be estimated from the equation of the balance of forces of the interacting bellows

Fa=Fg+Fc; Fa=Php(Sg+Sc)+X_ak_a+X_gk_g+Xckc±X(t)kt,Fa = Fg + Fc; Fa = Php (Sg + Sc) + X _a k _a + X _g k _g + Xckc ± X (t) kt,

где F, Х - сила взаимодействия и величина деформации сильфонов; Р - давление насыщенного пара; S - площадь дна сильфона; k - упругость сильфона; X(t) - устанавливаемая деформация пружины подстройки температуры.where F, X is the force of interaction and the magnitude of the deformation of the bellows; P is the saturated vapor pressure; S is the bottom area of the bellows; k is the elasticity of the bellows; X (t) is the set deformation of the temperature adjustment spring.

Индексы: a, g, с - сильфоны автономный, газовый и конденсатный соответственно; hp - паровой канал ТТ; t - пружины подстройки задатчика температуры.Indices: a, g, c - self-contained, gas and condensate bellows, respectively; hp - steam channel TT; t are the springs for tuning the temperature setter.

Ра(Та)=[Php(Thp)(Sg+Sc)+X(ka+kg+kc)±X(t)kt]/Sa.Ra (Ta) = [Php (Thp) (Sg + Sc) + X (ka + kg + kc) ± X (t) kt] / Sa.

Из-за жесткого сопряжения сильфонов перемещение их дна одинаково и равно X. Здесь принято, что на малых дозвуковых режимах течения пара и, соответственно, малых тепловых нагрузках давление и температура по длине ТТ меняются мало, т.е. значение давления в сильфонах ГС-5 и КС-13 близки.Due to the rigid conjugation of the bellows, the movement of their bottom is the same and equal to X. It is assumed here that at low subsonic regimes of steam flow and, accordingly, low heat loads, the pressure and temperature along the TT length vary little, i.e. the pressure values in the bellows GS-5 and KS-13 are close.

Примем, что сумма площадей поперечного сечения ГС-5 и КС-13 равна площади дна АС-7, а упругие силы сильфонов уравновешиваются силам подстроечных пружин. Тогда, в соответствии с Фиг.2, температура стабобъекта Г приближенно равна температуре в точке пересечения температурных зависимостей насыщенного пара этанола в АС-7 и четыреххлористого углерода в ТТ, т.е. около 84°С.We assume that the sum of the cross-sections of the GS-5 and KS-13 is equal to the bottom area of the AC-7, and the elastic forces of the bellows are balanced by the forces of the tuning springs. Then, in accordance with Figure 2, the temperature of the stabilizing object G is approximately equal to the temperature at the point of intersection of the temperature dependences of the saturated ethanol vapor in AC-7 and carbon tetrachloride in TT, i.e. about 84 ° C.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Можно выделить три основных режима работы устройства: пусковой, рабочий квазистационарный и режим «теплового удара». При пуске устройства из «холодного» состояния все компоненты конструкции, как и стабобъекта Г, имеют одинаково низкую температуру, АС-7 находится в сжатом состоянии из-за пониженного давления насыщенного пара. Под его действием ГС-5 растянут, а газ, например атмосферный воздух, и пар равномерно распределены в паровом канале.Three main operating modes of the device can be distinguished: starting, working quasistationary and “heat stroke” mode. When starting up the device from the “cold” state, all components of the structure, as well as the stability object G, have the same low temperature, the AC-7 is in a compressed state due to the low saturated vapor pressure. Under its action, the GS-5 is stretched, and gas, such as atmospheric air, and steam are evenly distributed in the steam channel.

На этом режиме согласно Фиг.2 давление насыщенного пара четыреххлористого углерода в ТТ и этанола в АС-7 имеют значения ниже точки пересечения кривых, причем давление в ТТ с ССl₄ выше. При нагреве испарителя 1 газ оттесняется в конденсатор, образуя газовую пробку с границей раздела «пар-газ» 3. Одновременно повышается температура стабобъекта Г и по достижении определенного значения в АС-7 начнется испарение жидкости и экспоненциальное повышение давления.In this mode, according to FIG. 2, the pressure of saturated vapor of carbon tetrachloride in TT and ethanol in AC-7 have values below the intersection of the curves, and the pressure in TT with CCl _{4 is} higher. When the evaporator 1 is heated, the gas is pushed into the condenser, forming a gas plug with the vapor-gas interface 3. At the same time, the temperature of the stabilizing object G rises and upon reaching a certain value in AS-7, liquid evaporation and an exponential increase in pressure begin.

До достижения точки пересечения кривых давление насыщения пара в ТТ превышает давление в АС-7, а фронт «пар-газ» перемещается в направлении ГС-5, вследствие чего поверхность теплообмена конденсатора увеличивается. Одновременно стойки-тяги 9 сжимают КС-13, выдавливая из него конденсат в ТТ и обеспечивая высокую эффективную проводимость ТТ. По достижении состояния, соответствующего точке пересечения кривых, пусковой режим заканчивается. Выше точки пересечения давление в ТТ становится меньше, чем в АС-7. Начинается рабочий режим, состоящий в том, чтобы за счет компенсации нерегулярных, непредсказуемых потерь тепла Q(t) удерживать температуру на заданном уровне. Если по каким-либо причинам температура стабобъекта Г повысилась выше заданной, например, из-за изменения условий на испарителе или по другим причинам, АС-7 расширится, сожмет ГС-5, выталкивая из него газ и блокируя часть конденсатора. Одновременно тяги-стойки 9 заставят расшириться КС-13 с перетеканием в него части конденсата из ТТ, что не даст проявиться эффекту повышения температуры ТТ с уменьшением поверхности теплоотвода на конденсаторе. Можно провести аналогию между предлагаемым устройством и центробежным регулятором, см., например, Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. Изд. 3, М., «Наука», 1970. Согласно свойству саморегулирующихся систем температура стабобъекта Г будет незначительно колебаться вблизи установленной температуры.Before reaching the intersection of the curves, the vapor saturation pressure in the TT exceeds the pressure in the AC-7, and the vapor-gas front moves in the direction of the GS-5, as a result of which the heat exchange surface of the condenser increases. At the same time, the tie rods 9 compress the KS-13, squeezing condensate from it into the CT and providing high effective conductivity of the CT. Upon reaching the state corresponding to the intersection of the curves, the starting mode ends. Above the intersection point, the pressure in the CT becomes less than in the AC-7. The operating mode begins, which consists in keeping the temperature at a given level by compensating for irregular, unpredictable heat losses Q (t). If, for some reason, the temperature of the stabilizing object G has risen above a predetermined one, for example, due to changes in the conditions on the evaporator or for other reasons, the AC-7 will expand, compress the GS-5, pushing gas out of it and blocking part of the condenser. At the same time, the tie rods 9 will force the KS-13 to expand with part of the condensate from the CT flowing into it, which will not allow the effect of increasing the temperature of the TT to decrease with a decrease in the surface of the heat sink on the condenser. You can draw an analogy between the proposed device and the centrifugal controller, see, for example, L. Pontryagin Ordinary differential equations. Ed. 3, M., “Nauka”, 1970. According to the property of self-regulating systems, the temperature of the stable object G will slightly fluctuate near the set temperature.

Описанный режим можно назвать квазистационарным, он предполагает интенсивный теплообмен между конденсатором и стабобъектом Г, что можно осуществить, например, благодаря интенсивному гидродинамическому перемешиванию среды стабобъекта Г. По Фиг.2 можно оценить максимальное «отставание» температуры стабобъекта Г от температуры ТТ, в пределах которого давление в АС-7 выше давления в ТТ; оно должно находиться в пределах температурной разности между точками 2 (кривая 'h') и точкой 1 (кривая 'а'). Режим «теплового удара» может реализоваться в том случае, если теплообмен между конденсатором и АС-7 затруднен, низкоинтенсивен. АС-7 будет находиться в сжатом состоянии в связи с недосточной его прогретостью, хотя стабобъект Г уже может иметь температуру выше заданной. В этой ситуации интенсивный нагрев стабобъекта Г будет продолжаться, несмотря на «зашкаливание» его температуры. Однако из-за запаздывания поступления большого количества тепла АС-7 перегреется относительно заданной температуры и работа конструкции выйдет за пределы квазиравновесного процесса, а стабобъект Г может приобрести температуру, близкую обогревающему испаритель 1 теплоносителю. Когда, наконец, разность температур, вследствие прогрева, сократится до величины, достаточной для квазиравновесного режима, температура стабобъекта Г вернется к заданной.The described regime can be called quasistationary, it involves intense heat transfer between the condenser and the stabilization object G, which can be achieved, for example, due to the intensive hydrodynamic mixing of the medium of the stabilization object G. In FIG. pressure in AC-7 is higher than pressure in TT; it should be within the temperature difference between points 2 (curve 'h') and point 1 (curve 'a'). The “heat stroke” mode can be realized if the heat exchange between the condenser and AC-7 is difficult, low-intensity. AC-7 will be in a compressed state due to its insufficient warming, although the stable object G may already have a temperature higher than the set one. In this situation, intense heating of the stabilized object G will continue, despite the "roll-over" of its temperature. However, due to the delay in the receipt of a large amount of heat, the AC-7 overheats with respect to a given temperature and the design operation goes beyond the quasi-equilibrium process, and the stable object G can acquire a temperature close to heating the evaporator 1 to the coolant. When, finally, the temperature difference, due to warming up, decreases to a value sufficient for the quasi-equilibrium regime, the temperature of the stabilizing object G will return to the set one.

Claims

1. A self-regulating heat pipe with an evaporator heated by an external heat carrier, with a condenser in thermal contact with a continuous medium object (gas, liquid, etc.), with a capillary system providing condensate return to the evaporator, with a variable-capacity tank filled with non-condensing gas, for example a bellows , A "gas" bellows connected to the end of the capacitor, with the formation of a system of communicating vessels "heat pipe - gas bellows", characterized in that, for the purpose of thermal regulation of the contacting a capacitor of a continuous medium object, contains a control unit of three different mechanically interacting bellows located in a vertical supporting perforated cylinder ("cylinder"), one of which, a gas bellows connected to a condenser by a capillary tube, is fixed in the "lower" base of the cylinder, the other bellows they are fixed in the "upper" base of the cylinder and through the bellows flange a capillary tube is connected to the beginning of the evaporator, the "condensate" bellows, with the formation of a three-capacity system of communicating vessels c - "condensate bellows - heat pipe - gas bellows"; the third bellows is pre-filled with a specially selected working fluid, sealed (“stand-alone” bellows) and mechanically mated with gas and condensate bellows.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that the "upper" flange of the self-contained bellows using a ring is fixed in the cylinder at a height not exceeding the lower position of the bottom during expansion of the condensate bellows, and the self-contained and gas bellows are connected using a ring on which to install transfer racks, pass them through the holes in the disk fixing the flange of the stand-alone bellows, and fasten to another disk, coupled to the bottom of the condensate bellows, for example, by soldering.

3. The pipe according to claim 1, characterized in that to automatically achieve the set temperature, the autonomous bellows is filled with a working fluid, the angle of inclination of the vapor saturation curve of which to the temperature axis exceeds the same value for the working fluid in the heat pipe.

4. The pipe according to claim 1, characterized in that to set the temperature of the control object between the disk mating with the bottom of the condensate bellows and the upper base of the cylinder in the places of fastening of the transmission struts, set the springs of the adjuster working for compression and tension, taken out outside the cylinder trimming screws.

5. The pipe according to claim 1, characterized in that to enhance the thermostatic properties of the capillary tube between the condensate bellows and the beginning of the evaporator is laid inside the steam channel.