RU2433368C1

RU2433368C1 - Magnetic fluid thermal pipe

Info

Publication number: RU2433368C1
Application number: RU2010113692/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Сова (RU); Александр Николаевич Сова; Руслан Борисович Борисов (RU); Руслан Борисович Борисов; Дмитрий Анатольевич Сидоров (RU); Дмитрий Анатольевич Сидоров
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-11-10

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: magnetic fluid thermal pipe, comprising a tight cylindrical body partially filled by a coolant - a magnetic fluid, with zones of evaporation, condensation and transportation, a wick installed at the inner side of the body, an arterial electromagnet wick rigidly fixed inside the body coaxially with it, made of the protective body, a base body designed to wind an electromagnetic inductance coil above it, which generates a heterogeneous magnetic field with a gradient directed along the axis of the magnetic fluid thermal pipe towards the evaporation zone, and arrangement of the arterial wick inside it, which connects end walls of the magnetic liquid thermal pipe. ^ EFFECT: invention makes it possible to provide for efficient operation of magnetic fluid thermal pipe in any position under action of gravitation forces and under zero gravity.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре в случаях, когда требуется охлаждение отдельных элементов, а отвод теплоты с помощью стока или радиатора, расположенного непосредственно у охлаждаемого элемента, может оказаться неудобным или нежелательным.The invention relates to a power system and can be used to transfer heat over significant distances at low temperature pressure in cases where cooling of individual elements is required, and heat removal using a drain or radiator located directly at the cooled element may be inconvenient or undesirable.

Известна тепловая труба с капиллярной структурой в виде артерии [1], содержащая частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации. Данное устройство позволяет за счет фазовых переходов теплоносителя в зонах испарения и конденсации передавать большое количество теплоты. Для возврата теплоносителя в жидком виде в зону испарения используется капиллярная структура.Known heat pipe with a capillary structure in the form of an artery [1], containing a partially sealed housing filled with a coolant with zones of evaporation and condensation. This device allows due to phase transitions of the coolant in the zones of evaporation and condensation to transfer a large amount of heat. To return the coolant in liquid form to the evaporation zone, a capillary structure is used.

Известно устройство [2], содержащее герметичный контур, заполненный ферромагнитной жидкостью, с зонами нагрева и охлаждения и источник магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем создания неоднородного магнитного поля, контур выполнен в виде заглушенного с торцов цилиндрического канала, а ось диполя источника магнитного поля размещена вдоль оси канала.A device [2] is known, containing a sealed circuit filled with a ferromagnetic fluid, with heating and cooling zones and a magnetic field source, characterized in that, in order to intensify heat transfer by creating an inhomogeneous magnetic field, the circuit is made in the form of a cylindrical channel damped from the ends, and the dipole axis of the magnetic field source is placed along the axis of the channel.

Известна регулируемая тепловая труба [3], содержащая корпус с капиллярно-пористой структурой на внутренней поверхности и дросселирующее устройство для термостатического регулирования, размещенное в средней части корпуса, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, дросселирующее устройство выполнено в виде кольцевого магнита, помещенного в эластичную оболочку, примыкающую к капиллярно-пористой структуре и заполненную термомагнитной жидкостью с точкой Кюри, соответствующей температурной характеристике регулирования.Known adjustable heat pipe [3], containing a housing with a capillary-porous structure on the inner surface and a throttling device for thermostatic regulation, located in the middle part of the housing, characterized in that, in order to increase reliability, the throttling device is made in the form of an annular magnet placed into an elastic shell adjacent to the capillary-porous structure and filled with a thermomagnetic fluid with a Curie point corresponding to the temperature characteristic of regulation.

Наиболее близким по назначению и устройству техническим решением является магнитная тепловая труба [4], содержащая частично заполненный легкокипящей жидкостью-теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, в последней из которых расположена магнитная система, выполненная в виде постоянных пластинчатых магнитов. При подводе тепла к испарительной зоне теплоноситель кипит и испаряется. Частицы пара поднимаются вверх, заполняя зазор между полюсами магнитов, омагничиваются и, притягиваясь к полюсам магнитов, коагулируются на их поверхностях, отдавая магнитам свое тепло, а сами, сливаясь между собой, образуют капельную жидкость, которая стекает в основание тепловой трубы, где вновь кипит и испаряется. Тепло от магнитов отводится выступающими наружу концами. Предлагаемая конструкция ускоряет осаждение пара, что интенсифицирует процесс теплопередачи.The closest to the purpose and device technical solution is a magnetic heat pipe [4], which contains a partially sealed housing with evaporation and condensation zones, partially filled with low-boiling heat-transfer fluid, the latter of which has a magnetic system made in the form of permanent plate magnets. When heat is supplied to the evaporation zone, the coolant boils and evaporates. Particles of steam rise up, filling the gap between the poles of the magnets, magnetize and, being attracted to the poles of the magnets, coagulate on their surfaces, giving off their heat to the magnets, and when merged together, they form a dropping liquid that flows into the base of the heat pipe, where it boils again and evaporates. Heat is removed from the magnets by the protruding ends. The proposed design accelerates the vapor deposition, which intensifies the heat transfer process.

Недостатком является то, что устройство работоспособно в условиях воздействия гравитации, пока зона испарения находится ниже зоны конденсации и неработоспособно в невесомости, т.к. коагулированная магнитная жидкость возвращается в зону испарения под действием силы тяжести, кроме того, капли коагулированной магнитной жидкости также притягиваются магнитами, что препятствует их возвращению в зону испарения, что может привести к пересыханию зоны испарения и потере работоспособности тепловой трубы при недостатке рабочей жидкости.The disadvantage is that the device is operable under the influence of gravity, while the evaporation zone is below the condensation zone and inoperative in zero gravity, because coagulated magnetic fluid returns to the evaporation zone under the action of gravity, in addition, droplets of coagulated magnetic fluid are also attracted by magnets, which prevents them from returning to the evaporation zone, which can lead to drying out of the evaporation zone and loss of operability of the heat pipe when there is a lack of working fluid.

Требуемый технический результат состоит в том, чтобы обеспечить возможность транспортировки сконденсированной рабочей жидкости из зоны конденсации к зоне испарения в любом положении тепловой трубы при воздействии сил гравитации и в невесомости в отличие от наиболее близкой к ней известной.The required technical result is to provide the possibility of transporting the condensed working fluid from the condensation zone to the evaporation zone in any position of the heat pipe under the influence of gravity and in zero gravity, in contrast to the closest known to it.

Это достигается тем, что в магнитожидкостной тепловой трубе в отличие от наиболее близких к ней известных для возврата рабочей магнитной жидкости из зоны конденсации в зону испарения совместно с капиллярными силами используется сила, действующая на магнитные частицы в неоднородном магнитном поле, создаваемом в артериальном электромагнитном фитиле.This is achieved by the fact that in a magneto-liquid heat pipe, in contrast to the closest ones known for returning the working magnetic fluid from the condensation zone to the evaporation zone, the force acting on the magnetic particles in an inhomogeneous magnetic field created in the arterial electromagnetic wick is used together with capillary forces.

Для достижения требуемого технического результата предлагаемая магнитожидкостная тепловая труба (см. чертеж) содержит частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью, герметичный цилиндрический корпус 1 с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль 2, расположенный на внутренней стенке корпуса 1, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса 1 соосно с ним, состоящий из защитного корпуса 3, корпуса-основы 4, предназначенного для намотки поверх него электромагнитной катушки индуктивности 5, создающей неоднородное магнитное поле с градиентом

направленным вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, и размещения внутри него артериального фитиля 6, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы.To achieve the desired technical result, the proposed magneto-liquid heat pipe (see drawing) contains a partially filled coolant with magnetic fluid, a sealed cylindrical body 1 with zones of evaporation, condensation and transportation, a wick 2 located on the inner wall of the housing 1, an arterial electromagnetic wick, rigidly fixed inside the housing 1 coaxially with it, consisting of a protective housing 3, the base body 4, designed for winding over it an electromagnetic inductor 5 creating an inhomogeneous magnetic field with a gradient

directed along the axis of the magnetofluidic heat pipe towards the evaporation zone, and placing inside it an arterial wick 6 connecting the end walls of the magnetofluidic heat pipe.

Магнитожидкостная тепловая труба работает следующим образом: тепло, подводимое к зоне испарения магнитожидкостной тепловой трубы через корпус 1 передается теплоносителю - магнитной жидкости, вызывает кипение и испарение магнитной жидкости. За счет перепада давления частички магнитной жидкости в виде пара переносятся по паровому каналу через зону транспортировки в зону конденсации. Здесь пар, отдавая тепло, конденсируется на внутренней стенке корпуса 1 магнитожидкостной тепловой трубы в магнитную жидкость. Далее под действием капиллярного напора, создаваемого фитилем 2 и артериальным фитилем 6, а также под действием магнитной силы, возникающей в неоднородном магнитном поле, создаваемом электромагнитной катушкой индуктивности 5, с градиентом

, направленным вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы в сторону зоны испарения, магнитная жидкость по артериальному фитилю 6 перекачивается в зону испарения. Магнитная жидкость снова испаряется, и цикл тепло- и массопереноса повторяется, обеспечивая работу магнитожидкостной тепловой трубы в любом положении при воздействии сил гравитации и в невесомости.The magneto-liquid heat pipe works as follows: the heat supplied to the evaporation zone of the magneto-liquid heat pipe is transferred through the housing 1 to the coolant — the magnetic fluid — causing boiling and evaporation of the magnetic fluid. Due to the pressure drop, particles of magnetic fluid in the form of steam are transported through the steam channel through the transport zone to the condensation zone. Here, the steam, giving off heat, condenses on the inner wall of the housing 1 of the magneto-liquid heat pipe into a magnetic fluid. Further, under the action of capillary pressure created by the wick 2 and arterial wick 6, as well as under the action of the magnetic force arising in the inhomogeneous magnetic field created by the electromagnetic inductor 5, with a gradient

directed along the axis of the magneto-liquid heat pipe toward the evaporation zone, the magnetic fluid is pumped through the arterial wick 6 into the evaporation zone. The magnetic fluid evaporates again, and the cycle of heat and mass transfer is repeated, ensuring the operation of the magneto-liquid heat pipe in any position under the influence of gravity and in zero gravity.

Источники информацииInformation sources

1. Дан, П.Д. Тепловые трубы: пер. с англ. / П.Д.Дан, Д.А.Рей: - М.: Энергия, 1979. - 272 с.: ил.1. Dan, P.D. Heat pipes: Per. from English / P.D. Dan, D.A. Rey: - M .: Energy, 1979. - 272 p.: Ill.

2. Скрябин В.В. Патент №515020 на изобретение «Теплопередающее устройство (Heat transfer unit)» F28D 15/00. 1976.2. Scriabin VV Patent No. 515020 for the invention of "Heat transfer unit (Heat transfer unit)" F28D 15/00. 1976.

3. Радионов В.А. Патент №642594 на изобретение «Регулируемая тепловая труба (Heat-pipe)» / В.А.Радионов, Ю.А.Повстемский, Л.М.Андреев, С.А.Кириличенко, И.Г.Чумак. F28D 15/00. 1979.3. Radionov V.A. Patent No. 642594 for the invention "Adjustable heat pipe (Heat-pipe)" / V.A. Radionov, Yu.A. Povstemsky, L.M. Andreev, S.A. Kirilichenko, I.G. Chumak. F28D 15/00. 1979.

4. А.с. СССР №1778487, F28D 15/02. 1992.4. A.S. USSR No. 1778487, F28D 15/02. 1992.

Claims

A magneto-liquid heat pipe, including a sealed cylindrical body partially filled with coolant - magnetic fluid, with evaporation, condensation and transportation zones, a wick located on the inner wall of the body, characterized in that it also contains an arterial electromagnetic wick, rigidly fixed inside the body coaxially with it, consisting of a protective casing, a base casing designed for winding an electromagnetic inductor over it and placing an artery inside it ceiling elements wick connecting the end walls of the magnetic fluid of the heat pipe.