Тепловой выключатель

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Мазюк Виктор Васильевич Рак Анатолий Леонидович Пучко Анатолий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Тепловой выключатель, содержащий герметичный корпус, теплоноситель и капиллярную структуру из двух частей, отличающийся тем, что корпус имеет чечевицеобразную форму, плоские основания корпуса выполнены из высокотеплопроводного металла и каждое покрыто изнутри частью капиллярной структуры, боковые стороны корпуса выполнены из низкотеплопроводного металла, а температура плавления теплоносителя равна температуре срабатывания теплового выключателя. Полезная модель относится к теплотехнике. Известен тепловой выключатель, содержащий герметичный корпус и насыщенную жидким теплоносителем капиллярную структуру 1. Корпус известного теплового выключателя представляет собой сильфон, расширяющийся при увеличении температуры и создающий тепловой контакт между двумя поверхностями. Недостатком известного теплового выключателя является высокое термическое сопротивление теплового контакта, обусловленное низкой интенсивностью теплопередачи через создаваемый сильфоном механический контакт. В качестве прототипа выбран тепловой выключатель, содержащий герметичный корпус,теплоноситель и капиллярную структуру, состоящую из двух частей 2. Часть капиллярной структуры в зоне нагрева отделена от части капиллярной структуры в зоне охлажде 49682009.02.28 ния. Питание части капиллярной структуры в зоне нагрева осуществляется из резервуара переменного объема. Изменение объема резервуара контролирует наличие и отсутствие контакта жидкого теплоносителя с частью капиллярной структуры в зоне нагрева. Тем самым обеспечивается включение и выключение теплового выключателя. Недостатком данного теплового выключателя является невозможность работать в невесомости и в произвольной ориентации в поле силы тяжести, а также невозможность миниатюризации устройства до толщины порядка нескольких миллиметров. Невозможность миниатюризации теплового выключателя обусловлена сложностью конструкции, а также возрастанием паразитного теплового потока через боковые стенки из зоны нагрева в зону охлаждения в выключенном состоянии с уменьшением толщины корпуса. Задача, которую решает предлагаемая полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей теплового выключателя за счет способности работы в невесомости и в произвольной ориентации в поле силы тяжести, а также миниатюризации устройства. Поставленная задача реализуется тем, что в тепловом выключателе, содержащем герметичный корпус, теплоноситель и капиллярную структуру из двух частей, корпус имеет чечевицеобразную форму, плоские основания корпуса выполнены из высокотеплопроводного металла и каждое покрыто изнутри частью капиллярной структуры, боковые стороны корпуса выполнены из низкотеплопроводного металла, а температу плавления теплоносителя равна температуре срабатывания теплового выключателя. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена конструкция теплового выключателя (фигура). Тепловой выключатель состоит из герметичного корпуса, имеющего чечевицеобразную форму. Плоские основания 1 корпуса выполнены из высокотеплопроводного металла,например из меди. Боковые стороны 2 корпуса выполнены из низкотеплопроводного металла, например из титана. Каждое основание 1 покрыто изнутри частью высокотеплопроводной капиллярной структуры 3, например из спеченного порошка меди. Корпус теплового выключателя содержит теплоноситель 4, который в жидком состоянии распределяется по периферии чечевицеобразного корпуса и пропитывает поровое пространство капиллярной структуры. Между частями капиллярной структуры 3 остается свободный от жидкого теплоносителя зазор 5. Тепловой выключатель работает следующим образом. Поскольку температура плавления используемого теплоносителя равна температуре срабатывания теплового выключателя, при температуре выключателя ниже температуры срабатывания теплоноситель находится в замороженном состоянии. Передача тепла от теплопринимающего основания корпуса к теплоотдающему основанию осуществляется посредством теплопроводности через боковые стороны корпуса и через замерзший теплоноситель. Поскольку корпус имеет чечевицеобразную форму, дистанция теплопередачи между основаниями корпуса значительна. Благодаря этому, а также тому, что теплопроводность боковых сторон корпуса и замерзшего теплоносителя низка, тепловой поток от теплопринимающего основания корпуса к теплоотдающему основанию незначителен даже при значительном перепаде температуры между основаниями. Тепловой выключатель находится в выключенном состоянии. При достижении теплопринимающим основанием температуры срабатывания теплового выключателя, равной температуре плавления теплоносителя, тепловой поток через теплопринимающее основание значительно повышается, поскольку плавление теплоносителя требует значительного количества тепла. После образования в корпусе достаточного количества жидкой фазы теплоносителя между основаниями корпуса реализуется замкнутый испарительно-конденсационный механизм теплопередачи. Поскольку толщина зазора 5 между частями капиллярной структуры 3 мала по сравнению с его диаметром, испарительно-конденсационный механизм реализуется уже при небольшом давлении пара тепло 2 49682009.02.28 носителя, т.е. при небольшом превышении температуры теплопринимающего основания над температурой срабатывания теплового выключателя. Благодаря тому, что основания корпуса и обе части капиллярной структуры выполнены из высокотеплопроводного металла, а также высоким значениям коэффициентов теплоотдачи при испарении и конденсации, тепловой поток от теплопринимающего основания корпуса к теплоотдающему основанию значителен при незначительном перепаде температуры между основаниями. Тепловой выключатель находится во включенном состоянии. При надлежащем выборе конструктивных параметров предлагаемая конструкция теплового выключателя может обеспечить отличие в два порядка между значениями термического сопротивления устройства в выключенном и включенном состояниях. Благодаря действию капиллярного давления, создаваемого менисками жидкого теплоносителя на периферии корпуса и в порах капиллярной структуры, тепловой выключатель способен работать в произвольной ориентации в поле силы тяжести, а также в невесомости. Благодаря сравнительно простой конструкции с использованием композиции из высокотеплопроводного и низкотеплопроводного металлов, тепловой выключатель может быть миниатюризован до нескольких миллиметров толщины без опасности возрастания паразитного теплового потока через боковые стенки из зоны нагрева в зону охлаждения в выключенном состоянии.Тем самым расширяются функциональные возможности теплового выключателя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3