§ 3.4. Теплоотвод тепловыми трубами
Одной из наиболее эффективных испарительно-конденсационных систем являются теплоотводящие устройства, называемые тепловыми трубами и работающие по принципу замкнутого испари-тельно-конденсационного цикла, основанного на испарении жидкости в зоне подвода теплоты, передаче теплоты с потоком пара, конденсации пара в зоне отвода теплоты и возвращении жидкости в зону подвода теплоты за счет капиллярных или гравитационных сил. Тепловая труба (рис. 3.15) представляет замкнутую вакуумированную камеру, внутренняя поверхность которой облицована капиллярной структурой («фитилем»), заполненной конденсатом рабочей жидкости.
Рис. 3.15. Схема цилиндрической тепловой трубы:
/—корпус; 2—фитиль; 3 — жидкость в фитиле; 4—поток пара
Тепловые трубы могут использоваться при температурах от — 273 до +2700 °С, что обусловливает разнообразие их конструкции. Кроме того, тепловые трубы могут являться частью конструкции узлов РЭС. Они обладают высокой изотермичностью, работоспособностью в невесомости, большим сроком службы (16000 ч для труб на воде), малой массой, высоким КПД (около 90%). Недостатком тепловых труб является сложность воспроизведения их параметров.
Примеры конструкции тепловых труб представлены на рис. 3.16— 3.18. Гибкая тепловая труба (рис. 3.17) служит для охлаждения датчиков инфракрасного излучения до температуры — 173 °С на искусственном спутнике Земли; допускается ее изгиб с радиусом 0,23 м; мощность 20 Вт, масса 1,15 кг. Конструкция в виде корпуса со встроенной плоской тепловой трубой (рис. 3.18) обеспечивает его хорошую изотермичность.
Рис. 3.16. Конструкции тепловых труб:
а—сечение; 6 — трубка плоской формы; в — группа трубок; 1 — корпус трубки; 2—капиллярно-пористый материал; 3— паровой канал; 4 — площадка для охлаждаемого узла; 5 — радиатор охлаждения
Рис. 3.17. Гибкая криогенная Рис. 3.18. Корпус узла РЭС с тепловой
тепловая труба для ИСЗ: трубой: /—корпус РЭС; 2 — радиатор;
1 — конденсатор (16 см); 3-откачной штенгель; 4 — фитиль;
2—гибкая секция (92,4 см); 5- место пайки двух половин
3—испаритель (16 см); 4— корпуса тепловой трубы
пайка; 5 — сильфон
Рис. 3.19. Структура простых Рис. 3.20. Составные фитили тепло-
фитилей тепловых труб: вых труб: а — перфорированный эк
а -стенка с продольными ран и сетка; 6 — многослойная сетка
канавками б—уложенная вдоль с подпитывающей артерией; в —
стенки гофрированная сетка; резьба на стенке трубки и
в пористая структура подпитывающая артерия; г канавки
г- многослойная сеточная на стенке трубки и сетка
структура
Важнейшим элементом тепловых труб является фитиль (рис. 3.19, 3.20), изготовляемый различными способами. Для тепловых труб РЭС наибольшее применение нашли фитили из металлической сетки (однослойной, многослойной). Размер пор фитиля зависит от типа теплоносителя, например для воды он составляет 30...70 мкм. Некоторые характеристики тепловых труб приведены в табл. 3.7.