NO128382B - - Google Patents

Description

Varmetransportanordning.

Oppfinnelsen angår en varmetransportanordning med ei lukket beholder med minst en første varmegjennomgangsvegg og minst en i det minste hovedsakelig på tvers av varmetransportretningen forløpende andre varmegjennomgangsvegg som danner en beholderflate. Hvor det inne i beholderen befinner seg et varmetransportmedium

som ved overgang fra flytende tilstand til damp-opptar varme fra den første varmegjennomgangsvegg og avgir varme til den andre var-meg jennomgangsvegg ved overgang fra damp til væske, og hvor det i

beholderen befinner seg en porøs masse mellom den første og andre varmegjennomgangsvegg, slik at det kondenserte varmetransp.ortmedi-um på den andre varmegjennomgangsvegg ved kapillarvirkning'.bringes tilbake til den" første varmegjennomgangsvegg.

Anordninger av denne art er kjent fra US-patentskrift nr.3-229.759 og 3-402.767. Med slike anordninger kan store.mengder varme, befordres tilnærmet uten temperaturfall og uten anvendelse av en pumpeinnretning og uten ytterligere bevegelige deler. Flytende varmetransportmedium som fordampes til den andre varmegjennomgangsvegg som følge av det der herskende lavere damptrykk som skyldes noe lavere temperatur på dette sted. På den andre varmegjennomgangsvegg kondenseres dampen og under avgivelse av fordampningsvarmen til denne vegg, vil kondehsatet' gjennom den porøse masse som følge av kapillarvirkningen og overflatespenningen i kondensatet, føres tilbake til den første varmegjennomgangsvegg og der fordam- - pes påny.

Den porøse masse sørger for at kondensatet under alle omstendigheter vil strømme tilbake fra den andre til den første varmegjennomgangsvegg sogar mot tyngdekraften eller uten tyngde-kraftvirkning. Innenfor oppfinnelsens ramme må betegnelsen porøs masse ikke bare forstås f.eks. keramiske materialer, sintret me-tallpulver eller gas av tråd-eller båndformet materiale, men også anordninger av små rør og systemer av spor - i beholderveggen, even-tuelt sammen med et av de ovenfor nevnte alternativer. Den porøse masse som forbinder den første og andre varmegjennomgangsvegg kan dekke hele veggflaten eller bare en del av denne.

Normalt er rommet 'inni beholderen evakuert for at fordampnings-kondenseringsprosessen skal lettes. Under tiden kan det imidlertid hende at gassformede forurensninger diffunderer gjennom beholderveggen og inn i beholderrommet eller frigjøres fra veggen eller den porøse masse under drift av varmetransportanordningen. Disse gassformede forurensninger' blir ved innkopling respektivt under drift av varmetransportanordningen ført med i varmetransportretningen fra den første til den andre varmegjennomgangsvegg. Ved den på tvers av varmetransportretningen forløpende og som kondenseringsvegg tjenende andre varmegjennomgangsvegg behøver det da bare samle seg en forholdsvis liten gassmengde for å dekke hele overflaten av den andre varmegjennomgangsvegg. Ved forholdsvis lange varmetransportanordninger med store veggflater i lengderetningen og en liten overflate av kondenseringsveggen som strekker seg i tverr-retningen, kan det meget snart dannes et gassjikt på den andre varmegjennomgangsvegg.

Kondenseringen av dampformet varmetransportmedium på

den andre varmegjennomgangsvegg er da ikke lenger mulig, slik at ingen varme lenger kan trenge gjennom den andre varmegjennomgangsvegg og tas fra denne og anordningen er da ikke lenger brukbar-Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en løsning av dette problem. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at beholderen er forsynt med en lagringsbeholder for gassformede forurensninger og står i åpen forbindelse med beholderens indre i umiddelbar nærhet av den andre varmegjennomgangsvegg, på sådan måte at under anordningens drift drives de i beholderen forhåndenværende gassformede forurensninger inn i lagringsbeholderen som er forsynt med en andre porøs masse som bevirker at væskeformet varmetransportmedium som er ført inn i lagringsbeholderen ved kapillarvirkning kan strømme tilbake til beholderens indre.

På denne måte oppnås at gassformede forurensninger ikke lenger hindrer kondenseringen av det dampformede varmetransportmedium på den andre varmegjennomgangsvegg, samtidig som det under al-le forhold sikres at det væskeformede varmetransportmedium som enten ved tyngdekraftens virkning eller ved kondensering i dagringsbehol-daen forblir i denne beholder med føres- tilbake for påny å delta i fordampnings-kondenseringsprosessen.

Det skal bemerkes at i "Mechanical Engineering" for no-vember 1968, side 48-53 "Application of the heatpipe", fig.lo er kjent en varmetransportanordning hvor den på kondenséringssiden beliggende endeflate av anordningen er forbundet med en gassbeholder i hvilken det befinner seg en ikke kondenserbar gass. Det gjel-der her imidlertid regulering av den varmegjennomførende overflate av en kondenseringsvegg som ikke strekker seg i tverretningen men i aksial retning, det'vil si i varmetransportretningen. Ved varme-transportinnretninger hvor den andre varmegjennomgangsvegg strekker seg i varmetransportretningen, opptrer imidlertid neppe problemet med sperring av denne vegg som følge av gassformede forurensninger. Dette skyldes at gassjiktet bare vil dekke endeflatene av anordningen og derved bare en ubetydelig del av kondenseringsveggen.

En lagringsbeholder -for gassformede forurensninger er derfor vanligvis ikke nødvendig ved varmetransportanordninger hvor den andre varmegjennomgangsvegg strekker seg i aksial retning (i varmetransportretningen).

Ved den kjente anordning som er forsynt med en gassbeholder er det følgelig ikke sørget for hjelpemidler for å føre flytende varmetransportmedium som trenger inn i gassbeholderen enten under innvirkning av tyngdekraften eller ved kondensering på en vegg i denne beholder tilbake til beholderrommet hvor fordampnings-kondenseringsproséssen skjer. Vanskeligheter som derved kan oppstå er blant annet tørrkoking som følge av overopphetning av den første varmegjennomgangsvegg og minsket varmetransport. -

Dessuten må ved den kjente varmetransportanordning som

er forsynt med gassbeholder, denne beholder være dimensjonert meget stor for å oppnå et tilstrekkelig stort reguleringsområde for regu-leringsgassen svarende til hele overflaten av kondenseringsveggen. Derimot kan lagringsbeholderen ved anordningen ifølge oppfinnelsen ha små dimensjoner.

Sluttelig er man ved den kjente anordning med gassbeholder ytterst begrenset såvel ved de forholdsvis store dimensjoner av denne gassbeholder og også av reguleringen i anordningen ved hjelp av gassbeholderen. Selv om man ved anordningen ifølge oppfinnelsen ikke anbringer lagringsbeholderen på endeflaten på tvers av varmetransportretningen (som tilfelle er for gassbeholderen i den kjente anordning), fordi på den ene side uttak av ,varme fra kondenseringsveggen da blir mindre fordi det er vanskelig å nå frem til veggen og på den annen side fordi tilslutningen skjer på bekostning av en del av varmegjennomgangsflaten, oppnår man i foreliggende tilfelle allikevel en større frihet med hensyn til anordning av lagringsbeholderen. På grunn av de små dimensjoner av lagringsbeholderen kan denne også lett anordnes inne i beholderen.

Ved en gunstig utførelsesform av varmetransportanordningen ifølge oppfinnelsen er det i tilslutning til lagringsbeholderen anordnet et avløp for gassformede forurensninger. Dette er fordelak-tig i de tilfeller hvor det består fare for at mengden av gassformede forurensninger i beholderen i et bestemt øyeblikk kan overskride lagringskapasiteten av lagringsbeholderen.

De gassformede forurensninger kan således lett fjernes fra lagringsbeholderen uten at selve beholderen åpnes med alle de dermed forbundne vanskeligheter (utsugning av varmetransportmediumdamp sammen med de gassformede forurensninger ).

Ifølge oppfinnelsen kan lagringsbeholderen være dannet av et for størstedelen i beholderens indre liggende, i begge ender åpent rørformet legeme, idet den ene ende med åpningen er rettet mot den andre varmegjennomgangsvegg og den andre ende tjener til avløp og er ført ut gjennom beholderveggen og der forsynt med et sperreorgan.

Til tross for denne forholdsvis enkle konstruksjon oppnås fordelene ved en kompakt anordning og lett tilgjengelighet av den andre varmegjennomgangsvegg hvilket spiller en viktig rolle ved innebygning.

Noen utførelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig.l viser skjematisk et lengdesnitt gjennom en varmetransportanordning ifølge oppfinnelsen med en lagringsbeholder utenfor beholderen.

Fig.2 viser en modifisert utførelse av fig.l.

Fig.3 viser en varmetransportanordning hvor lagringsbeholderen omgir en del av beholderen og er forsynt med et avløp for gassformede forurensninger. Fig.4, 5 og 6 viser på samme måte lagringsbeholdere som er anordnet inne i beholderen og lokalt er ført ut gjennom beholderveggen og der forsynt med en ventil. Varmetransportanordningen på fig.6 er forsynt med to andre varmegjennomgangsvegger.

På fig.l omgir beholderen 1 et rom 2. Beholderen 1 har

en første varmegjenngangsvegg 3 og en andre varmegjennomgangsvegg 4-I umiddelbar nærhet av den andre varmegjennomgangsvegg 4 er anordnet en lagringsbeholder 5 som er forbundet med rommet 2 ved hjelp av en åpen forbindelse. Innerveggen i beholderen 1 såvel som lagringsbeholderen 5 er belagt med en porøs masse 6 som har kapillarstruktur Beholderen 1 er delvis fylt med et varmetransportmedium f.eks. natrium og er dessuten likesom lagringsrommet 5 best mulig evakuert. Fyllingen av varmetransportmediet og evakueringen skjer gjennom en ledning 7 som er forsynt med en sperreventil 8.

Virkemåten for varmetransportanordningen er følgende.

I drift opptar det flytende natrium varme gjennom den første varmegjennomgangsvegg 3 fra en ikke nærmere angitt varmekilde, slik at natriumet fordamper. Dampen strømmer deretter gjennom rommet 2 til den andre varmegjennomgangsvegg 4 som følge av det lavere damptrykk på dette sted som skyldes en noe lavere temperatur og kondenserer på denne vegg under avgivelse av fordampningsvarmen.som er opptatt

ved den første varmegjennomgangsvegg 3* Kondensatet strømmer gjennom den porøse masse 6 i beholderen 1 ved kapillarvirkning og overflatespenningen i kondensatet tilbake til den første varme-

gjennomgangsvegg 3 og fordamper der påny. Tilbakeføringen av kondensatet skjer uansett beholderens stilling og, sogar mot tyngdekraften eller uten dennes hjelp. Kondensat som har trengt inn i lagringsbeholderen 5 eller har kondensert i denne strømmer likeledes tilbake til den første varmegjennomgangsvegg 3 fordi den indre vegg av lagringsbeholderen 5 likeledes er dekket av en porøs masse 6 som står i forbindelse med den porøse masse i beholderen 1.

Gassformede forurensninger som er diffundert gjennom beholderveggen eller under drift frigjøres fra veggene eller fra den porøse masse i beholderen strømmer likeledes under innvirkning av trykkforskjellen mellom den første og andre varmegjennomgangsvegg sammen med natriumsdampen i retning av den andre varmegjennomgangsvegg 4* På stedet for denne vegg blir visse gassformede forurensninger drevet inn i lagringsbeholderen 5 og samlet der. De gassformede forurensninger kan på denne måte ikke dekke den andre varmegjennomgangsvegg 4 og kondenseringen av natriumdamp på denne vegg blir således ikke hindret. Hele overflaten av den andre varmegjennomgangsvegg 4 står derfor til rådighet for kondenseringen, slik at hele den varme som tilføres gjennom den første varmegjennomgangsvegg 3 kan tas ut igjen gjennom den andre varmegjennomgangsvegg 4»

Varmetransportanordningen på fig.2 er praktisk talt iden-tisk med den som er vist på fig.l. Bare lagringsbeholderen er her gitt en noe annen utforming. Da virkemåten for denne anordning tilsvarer virkemåten for anordningene på fig.2-5 skal denne ikke be-skrives nærmere her.

Ved varmetransportanordningene på fig.l og 2 kan de gassformede forurensninger som samles i lagringsbeholderen 5 bare fjernes gjennom en ledning 7 som anvendes- for ifylling av transport-mediet og for evakuering av beholderen 1. En fjerning av de gassformede forurensninger er 'selvsagt nødvendig når lagringsbeholderen trues med å fylles av disse forurensninger.Fjerningen gjennom led-ningen 7 er imidlertid ikke alltid nødvendig. På den ene side kan det være vanskelig på grunn av pumpetak som følge av strømningsmot-stand, fullstendig å evakuere lagringsbeholderen 5 og på den annen side består det en fare for at varmetransportmediumdamp uønsket su-ges med. Denne ulempe er ikke tilstede ved varmetransportanordningen på fig.3 hvor selve lagringsbeholderen er forsynt med et avløp 9 for gassformede forurensninger, og forsynt med en sperreventil

10 som kan åpnes og lukkes. Lagringsbeholderen 5 er her videre ut-formet slik at den omgir en del av beholderen 1. Fig.4 viser en varmetransportanordning hvor lagringsbeholderen 5 består av et i beholderen 1 anordnet, bøyet rør som er åpent i begge ender. Den ene åpne ende.ligger umiddelbart i nærheten av den andre varmegjennomgangsvegg, mens den andre ende er ført ut av beholderen og virker som et avløp 7 med et sperreorgan lo. Røret er på innsiden belagt med en porøs masse 6 som lokalt er forbundet med den porøse masse 6 på den andre varmegjennomgangsvegg 4> slik at flytende natrium ved kapillarvirkning kan føres ut av røret til den porøse masse på beholderveggen og gjennom denne masse tilbake til den første varmegjennomgangsvegg 3* Fig.5 viser en varmetransportanordning som i store trekk tilsvarer anordningen på fig.4. Lagringsbeholderen 5 er her et rett rør hvis ene ende er ført ut av den overfor den andre varmegjennomgangsvegg 4 beliggende beholdervegg. Dette er her lett i sammenlig-ning med anordningen på fig.4 fordi den første varmegjennomgangsvegg 3 strekker seg parallelt med varmetransportretningen dvs. aksial retning. Røret er her også på utsiden forsynt med en porøs masse som står i forbindelse med den porøse masse 6 på beholderveggene.

Varmetransportanordningen på fig.6 har i begge ender en andre varmegjennomgangsvegg 4* Lagringsbeholderen 5 består også her av et rett rør som er anordnet inne i beholderen 1. Hver av de to åpne ender av røret ligger overfor en andre varmegjennomgangsvegg 4 og i umiddelbar nærhet av denne. På røret er anordnet et avløp 9 som strekker seg ut gjennom beholderveggen og er forsynt med et sperreorgan lo.

Virkemåten for denne varmetransportanordning avviker fra de ovenfor beskrevne .anordninger ved at varmen tilføres beholderen 1 på midten gjennom en varmegjennomgangsvegg 3 slik at natriumet fordamper og strømmer til venstre og til høyre til de to varmegjennomgangsvegger 4 som følge av lavere damptrykk på disse vegger, hvilket skyldes en noe lavere temperatur der. På de to vegger 4 kondenserer natriumdampen og avgir fordampningsvarmen hvoretter kondensatet fra de to vegger 4 gjennom den porøse masse 6 strømmer tilbake til den første varmegjennomgangsvegg 3* Ved de to varmegjennomgangsvegger 4 blir gassformede forurensninger drevet inn i samme rørformede lagringsbeholder 5 og lagret der, og disse forurensninger fjernes på egnet tidspunkt gjennom avløpet 9- Også her er innsiden såvel som utsiden av lagringsbeholderen 5 forsynt med porøs masse 6 som står i forbindelse med den porøse masse 6 på veggene av beholderen 1, slik at under alle forhold er det sikret at

ikke noe kondensat blir tilbake i lagringsbeholderen 5.

Ved denne konstruksjon oppnås at de to varmegjennomgangsvegger 4 ikke dekkes av noe gassjikt som kan hindre kondenseringen av varmetrarisportmediet på disse vegger fordi de var dekket av • gass.

Claims (3)

1. Varmetransportanordning med en lukket beholder med minst én første varmegjennomgangsvegg og minst én i det minste hovedsakelig på tvers av varmetransportretningen forløpende andre varmegjennomgangsvegg som danner en beholderendeflate, hvor det inne i beholderen befinner seg et varmetransportmedium som ved overgang fra flytende tilstand til damp opptar varme fra den første varmegjennomgangsvegg og avgir varme til den andre varmegjennomgangsvegg ved overgang fra damp til væske, og hvor det i beholderen befinner seg en porøs masse mellom den første og andre varmegjennomgangsvegg, slik at det kondenserte varmetransportmedium på den andre varmegjennomgangsvegg ved kapillarvirkning bringes tilbake til den.før-ste varmegjennomgangsvegg (3), karakterisert ved at beholderen (1) er forsynt med en lagringsbeholder (5) for gassformede forurensninger og står i åpen forbindelse med beholderens indre (2) i umiddelbar nærhet av den andre varmegjennomgangsvegg (4), på sådan måte at under anordningens drift drives de i beholderen (1) forhåndenværende gassformede forurensninger inn i lagringsbeholderen (5) som er forsynt med en i og for seg kjent porøs masse (6) som bevirker at væskeformet varmetransportmedium som er ført inn i lagringsbeholderen ved kapillarvirkning kan strømme tilbake til beholderens indre.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det i tilslutning til lagringsbeholderen (5) er anordnet et avløp (9) for gassformede forurensninger.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at lagringsbeholderen (5) er dannet av et for størstedelen i beholderens indre (2) liggende, i begge"ender åpent rørformet legeme, idet den ene ende er rettet mot den andre varmegjennomgangsvegg (4) og den andre ende tjener til avløp og er ført ut gjennom en beholdervegg og der er forsynt med et sperreorgan (10).