NO163832B - Tennanordning for prosjektil med elektrisk tenning. - Google Patents

Description

Varmeoverf^ringsapparat.

Oppfinnelsen vedrører varméover føringsapparat som omfatter

en av et varmeledende materiale bestående vegg, hvis ene side utsettes for en varmekilde og hvis annen side utgjør i det minste en del av innsiden av et kammer som inneholder en fordampbar væskemengde , hvorved nevnte annen side av veggen har varmeavledende fremspring som rager inn i væsken, samt organ for underkjøling av væsken til en temperatur under væskens metningstemperatur ved væskens foreliggende trykk, hvorved væsken vil fordampe nær de varmefordelende fremspring og dampen vil rekondensere i den underkjølte væske.

Søkeren har i en rekke tidligere patenter beskrevet varmeover-føringsapparater av dette slag, hvor varmeoverføringseffekten er sterkt forbedret i forhold til tidligere kjente apparater ved at det anordnes forlengelser eller fremspring på den veggflate som utsettes for den fordampbare væske. Disse fremspring medfører opprettelse av stabile temperaturgradienter over fremspringenes sideflater, slik at temperaturen ved foten av fremspringene er betydelig høyere enn temperaturen ved spissen, som rager inn i den omgivende væske. Den varmespredende overflate er således ikke isotermisk, i motsetning

til de isotermiske varmesprederflater som med hensikt ble opprettholdt ved tidligere kjente fordampnings-varmeoverføringskonstruk-sj oner.

Det viste seg at det ved bruk av slike varmespredende frem - spring var mulig å drive varmeoverføringsanordningene ved betydelig høyere temperaturer, og således ved vesentlig større varmesprednings - hastighet og -effekt enn hva som hadde vært mulig med de kjente, isotermiske varmesprederflater uten fare for lokale "overopphetede ste-der", som kunne føre til ødeleggende smelting av metallet i den varme-spredende vegg. En detaljert teoretisk forklaring på fenomenet er f. eks. gitt i søkerens US patent nr. 3 235 004, og vil bare bli streifet i korthet her.

Det kan sies at overflatens temperatur i de isotermiske, varme-spredende overflater som tidligere var i bruk, måtte holdes noe lavere enn den såkalte kritiske temperatur, som kunne fastsettes for enhver væske og enhver driftstemperatur ut fra den såkalte Nukiyam a kurve for vedkommende væske. Det kritiske punkt for vann ved atmosfæretrykk var f. eks. ca. 125°C. Hvis en bestemt kritisk varmestrøm ble forsøkt overskredet, oppsto det en ustabil eller ukontrollert tilstand, hvor veggens temperatur når som helst plutselig kunne nå enormt store høyder, f. eks. fra de nevnte 125°C til over 1000°C ved vann under atmosfæretrykk, med derav følgende ødeleggende smelting av veggen.

Ved de ikke-isotermiske, varmespredende overflater som omfat-tet spor eller kanaler mellom veggfremspring, som beskrevet i søkerens tidligere patenter, omsluttet på den annen side de etablerte stabile temperaturgradienter langs fremspringene det kritiske punkt, idet temperaturen ved fremspringenes føtter var høyere og spisstemperaturen vesentlig lavere enn nevnte kritiske temperatur. Det viste seg at det på grunn av den således oppnådde temperaturstabiliserende virkning var mulig å

gjennomføre en slik drift av den varmespredende konstruksjon at tempe-

råturen på overflaten av fremspringenes føtter til enhver tid kunne holdes på nivåer som langt overskred det såkalte kritiske nivå uten at temperaturen viste tegn til å løpe løpsk og fremkalle metallsmelting. Det kunne således oppnåes langt høyere temperaturoverførings-hastigheter uten derav følgende risikomoment.

Søkerens ikke isotermiske varmeoverføringskonstruksjoner har

i de siste år funnet forskjellige industrielle anvendelsesområder.

Først og fremst har de vært brukt for kjøling av anoder og kollektorer for kraftige elektronutladningsrør , som televisjons-transmisjonsrør , klystroner og lignende. Som følge av den betydelige effektøkning som muliggjøres ved de forbedrete kjølere, har søkerens ikke isotermiske kjølere (kjent under varemerket Vapotron) praktisk talt erstattet alle tidligere brukte kjøleanordninger, idet "Vapotron"-konstruksjonens grunnleggende idé også er blitt tilpasset for kjøling av forbrennings-motorsylindre og såvel kjemiske som kjernefysiske reaktorer.

Ved søkerens tidligere ikke isotermiske (Vapotron) varmeover-føringskonstruksjoner ble de store dampbobler som dannes ved den fordampbare væskes koking ved tilstedeværelse av kjerner (nucleate boil-ing) nær fremspringene i det minste ledet fra den varmespredende flate og sammen med væsken ført fra kjelen til kondensatoranordninger utenfor kjelen, hvor dampen ble kondensert og i væskeform resirkulert gjennom kjelen forbi varmesprederflaten. Foreliggende oppfinnelse har delvis sitt utspring i den erkjennelse at de kjente ikke isotermiske varme-overføringskonstruksjoner kunne få ytterligere øket effekt, hvis rekon-denseringen av den fordampede væske, i stedet for å skje utenfor kjelen, kunne gjennomføres innenfor den fordampbare væske i forholdsvis liten avstand fra varmesprederflaten og dennes fremspring. Med andre ord ble det funnet ønskelig å utnytte det som er kjent som "overfladisk" eller "lokal koking" ved søkerens ikke isotermiske (Vapotron) fordampnings -varmeoverføringskonstruksjoner.

I standardverket av William H. McAdams, "Heat Transmission", McGraw-Hill book C°, 3. utg. angis på side 389: "Overflate- eller lokal koking er en form for koking ved tilstedeværelse av kjerner .hvilken koking finner sted, når en væske ved en temperatur som ligger under metningstemperaturen bringes i kontakt med en metallflate som er varm nok til å forårsake koking på varmeelementets overflate. Dampboblene kondenserer i den kalde væske, og det skjer ingen nettoutvikling av damp med avgasset væske. Det kan oppnåes overordentlig høye hin-nekoeffisienter og spisstrømninger; og lokal koking er således fordel-

aktig for formål hvor sterk påkjenning finner sted".

Teoretisk kan overflatekoking lett tilveiebringes i fordampnings - kjølesystem ganske enkelt ved at den fordampbare væskes temperatur holdes på et nivå som ligger tilstrekkelig langt under væskens metnings - temperatur ved det trykk som benyttes, dvs. ved "underkjøling" av væsken. Slik underkjøling fremkalles ifølge en av to prinsipielle metoder: (l) væsken sirkuleres gjennom kjelen ved tilstrekkelig strømningshastig - het, eller (Z) det anordnes ytterligere en varmeveksler i kjelen, f. eks. en kjølespiral, hvor et annet kjølemedium sirkulerer, slik at den primære fordampbare væske kan holdes stasjonært i kjelen.

Da det imidlertid i praksis ble forsøkt å oppnå overflatekoking og rekondensering av dampboblene i kjelen for en ikke-isotermisk fordamp-ningskjøler av søkerens kjente konstruksjon, oppsto det en uventet vanskelighet ved begge ovennevnte underkjølingsmetoder ved alle, bortsett fra forholdsvis lave, varme spredning shastigheter . Prosessen ble støy-ende uregelmessig, med høylytte gjentatte slag i kjelen. Søkerens under-søkelser viste at dette ikke bare skyldtes den faktiske koking, men en sterk og hurtig trykkfluktuasjon, fremkalt av den gjentatte fordampning pg rekondensering i kjelen. Forholdet var uheldig, ikke bare på grunn av selve lyden, som i mange tilfelle i seg selv ville gjort anvendelse umulig, men fordi de brå trykkfluktuasjoner, som lyden indikerer og som antas å ha en amplityde på mange atmosfærer, forårsaker hulrom og sugevirkning som er ødeleggende for en stabil kokningsprosess. Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å eliminere denne vanskelighet.

Oppfinnelsen går således ut på å tilveiebringe forbedrete ikke isotermiske konstruksjoner for varmespredning ved fordampning, hvor driftseffekten og varmespredningskapasiteten ytterligere økes i forhold til kjente anordninger; å tilveiebringe slike konstruksjoner, hvor væsken underkjøles for å rekondensere dampen tilnærmet straks den dannes,

og som like fullt drives jevnt og lydløst; å tilveiebringe ikke isotermiske varmespredende eller kjølende apparater, som kan drives ved meget høy varmespredningshastighet, idet det benyttes et volum av fordampbar væske under i det vesentlige statisk trykk, samtidig som prosessen forløper jevnt og lydløst; å tilveiebringe slike konstruksjoner som kan virke tilfredsstillende i enhver stilling, det være seg vertikal, dvs. stående, skråstilt, horisontal eller snudd opp ned, og som likeledes kan funksjonere i fravær av et gravitasjonsfelt.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et apparat av ovennevnte type som kjennetegnes ved at det i kammeret er anordnet midler som utsettes for væsken i kammeret og som komprimeres og ekspanderer elastisk i avhengighet av trykkfluktuasjoner som oppstår som følge av nevnte fordampning og rekondensering, for utligning av slike fluktuasjoner. Som følge av dette vil dampboblene som er dannet nær fremspringene rekondenseres i den underkjølte væske tilnærmet så snart de dannes. Andre organer anordnes i en trykkoverførende forbindelse med væsken i kamret og som ved elastisk kompresjon og ekspansjon kan utligne trykkfluktuasjoner , som produseres ved fordampning og rekondensering av væsken, slik at de nevnte fluktuasjoner dempes til et minimum.

De elastiske ekspander bare , fluktuasjonsdempende organer kan i en utførelse omfatte minst én del med et hulrom og fremstilt av gummilignende platemateriale, som delvis er oppblåst med gass, slik at den kan minne om en halvtømt ballong, som er anordnet i kamret, f en annen utførelse kan nevnte fluktuasjonsdempende organ omfatte et fleksibelt diafragma, som er montert slik at dets ene side befinner seg i kontakt med væsken i kamret, mens den annen side befinner seg i kontakt med en gass under et passende trykk. I en tredje utførelse kan de nevnte organer ganske enkelt utgjøres av en damplomme , anordnet slik at den under anordningens drift holdes i en øvre del av kamret, ovenfor væsken.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives ved hjelp av utførelseseks-empler under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser en forenklet gjengivelse av et aksialt tverrsnitt av den varmespredende konstruksjon ifølge oppfinnelsen, brukt for kjøling av anodene for et kraftig elektronrør, hvilken konstruksjon omfatter en stasjonær mengde fordampbar væske sammen med en sekundær varmeveksler i form av en kjølespiral for underkjøling av væsken.

Fig. 2 viser et delsnitt av en modifikasjon.

Fig. 3 viser ytterligere en modifikasjon.

Fig. 4 viser en gjengivelse i likhet med fig. 1, hvor de elastiske ekspander bar e organer ifølge oppfinnelsen er utformet på en annen måte (som en ringvulst) og plassert på en annen måte. Fig. 5 viser en utførelse, hvor den fordampbare væske kontinuerlig sirkuleres gjennom kjelen for at man skal oppnå den ønskede under-kjølende virkning. Fig. 6 viser en modifikasjon av den utførelse som er vist i fig. 5. Fig. 7 er en forenklet gjengivelse i aksialsnitt av en utførelse, hvor det elastisk ekspander bare organ er anordnet som en lomme av damp som samles øverst i kjelen. Fig. 8 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som utgjør en foretrukket modifikasjon av den utførelse som er vist i fig. 7.

I den utførelse som er vist i fig. 1 betegner 1 en oppvarmet gjen-stand som skal kjøles ved hjelp av varmeoverføringsapparatet ifølge oppfinnelsen. Gjenstanden 1 er her en anode for et sterkt elektronrør og har formen av et i det vesentlige sylindrisk legeme som er lukket øverst. Rørets innvendige komponenter er ikke vist og kan omfatte den vanligvis meget varme katode, fra hvilken elektroner utsendes mot anodens 1 innerflate, samt et antall vanlige kontrollelektroder m.v. Innerflaten av anoden 1 oppvarmes således under drift av elektronbom-bardementet ved meget store hastigheter, og denne varme spres ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen.

Det varmespredende apparat omfatter en basis 2 i form av en flat skive, som omgir basis av anoden 1 og er avtettende festet omkring anodens omkrets ved en loddet eller annen passende skjøt. Montert på basis eller bunnplaten 2 er et klokkeformet deksel 3, som nederst er loddet eller på annen måte avtettende festet til bunnplatens 2 øvre omkrets, og som begrenser et avtettet kjelkammer ovenfor og omkring anoden 1. Det klokkeformete deksel 3 har øverst en påfyllingsåpning, som er lukket ved hjelp av en gjenget plugg 10. Kjelens indre rom fylles gjennom nevnte åpning med en mengde 9 av en passende væske, vanligvis destillert vann.

I kjelens indre rom som begrenses av klokken 3, er det anbrakt en kjølespiral 6 av konvensjonelt slag, i form av et spiralformet rør av passende varmeledende metall, som kobber. I fig. 1 er det vist to rørspiralbunter som koaksialt omgir anoden 1. Endene av rørspiralen 6 er ført ut av klokkens 3 sidevegg for å danne innløp 7 og utløp 8 for en kjølevæske som sirkulerer gjennom spiralen fra et konvensjonelt væskesirkulasjonssystem som ikke er viet. Kjølespiralen utgjør således en sekundær varmeveksler, som tjener til å kjøle den primære varmevekslervæske 9. Ved å sirkulere en sekundær kjølevæske gjennom spiralen 6 ved stor strømhingshaatighet er det mulig å holde den stort sett stasjonære primære væske 9 i kjelkamret ved en temperatur under væskens metningstemperatur, dvs. "underkjøle" nevnte væske. Under slike forhold vil de dampbobler som dannes i væsken 9 nær den intenst hete overflate av anoden 1 bringes til å rekondensere i den forholdsvis kalde væske 9 så snart de dannes og det skjer ingen nettodan-nelse av damp i væsken 9- En slik tilstand kalles overflatekoking eller lokal koking og er kjent for å være i stand til å generere forholdsvis

meget høye varmespredningsstrømmer.

Tilveiebringelse av overflate- eller lokal koking, som beskrevet ovenfor, er i og for seg ikke noe nytt, selv om den først nylig er blitt utviklet i industrielle varmeoverføringsapparater, Kjøleanordninger

hvor man benytter seg av en overflatekokende væske, har vært konstru-ert og har vært i bruk med gode resultater. Slike kjente over flate-kokende kjølere har imidlertid vanligvis vært brukt for å kjøle oppvarmede flater med i det vesentlige isotermiske temper atur kar akte ri stika, mens den overflate-kokende kjøler som er vist og beskrevet her, er utformet for kjøling av en ikke isotermisk flate.

Som vist har ytterflaten av anoden 1 en rekke utstående fremspring, forlengelser eller ribber 5. Som kjent fra en rekke andre av søkerens patenter har slike fremspring, hvis de er passende dimensjonert, den spesielle evne å stabilisere temperaturen over den varmespredende flate. Store temperaturgradienter induseres langs fremspringenes 5 sideflater, slik at disse sideflater vil ligge på temperaturer både under og over den såkalte "kritiske temperatur", ved hvilken temperaturen uten slike temperaturgradienter ville vise tegn til å "løpe løpsk" mot overmåte høye verdier, som ville medføre lokal utsmelting av metallet. Anordningen av fremspringene 5 gir den varmespredende flate en ikke isotermisk karakteristikk, med et antall høye, stabile temperaturgradienter over flaten, som nærmere angitt i de tidligere nevnte patenter. Som følge av denne karakteristikk blir det mulig å drive kjølesystemet ved langt høyere temperaturer og større varmestrømninger uten fare for smelting, enn det ville være uten slike fremspring. Mens disse kjente anordninger hadde en kjøleeffekt som var meget bedre enn den kjøleeffekt som kunne oppnåes ved hjelp av sammenlignbare anordninger uten temperatur-stabiliserende fremspring, viste det seg å være ønskelig å oppnå ennå høyere varmespredningshastigheter og kjøle-effekter ved en kombinasjon av de ikke isotermiske varmespredende flater med overflatekoking som nevnt ovenfor. Man støtte imidlertid på vanskeligheter.

Ved de betydelig økede varmespredningshastigheter som ble muliggjort av de temperatur-stabiliserende fremspring - i gjennom-snitt fem til ti ganger større enn de største hastigheter som kunne oppnåes med isotermiske overflater - dannes det store mengder damp i kanalene mellom fremspringene 5, og disse store bobler må hurtig rekondenseres ved en meget kraftig underkjøling av væsken 9 ved hjelp av den sekundære kjølespiral 6. Disse forhold skaper lett skarpe, hurtige trykkfluktuasjoner i den underkjølte væske, spesielt i en lukket beholder. Dette fører igjen til sjokkbølger og lyder som i de fleste tilfelle ikke kan tolereres. De brå trykkvariasjoner medfører også kavitasjon; dvs. plutselig undertrykk som ødelegger stabiliteten i den kompliserte fordampningsprosess.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan disse uheldige virkninger praktisk talt elimineres ved en anordning av elastisk ekspander bare , dempende organer i kjelbeholderen, organer som er i stand til å oppta de fremkalte hurtige trykkvariasjoner.

Som vist i fig. 1, er det anordnet et ekspander bart, dempende organ i form av et (eller flere) organer som 12, fremstilt av et passende fleksibelt materiale, som natur - eller syntetisk gummi, hvilket organ inneholder et avtettet gassvolum, f.eks. luft. De ekspander bare organer 12 kan ha formen av ballonger, som er oppblåst til et trykk vesentlig lavere enn det ønskede driftstrykk. Under drift vil de høye trykkspisser som plutselig induseres ved delvis fordampning av væsken 9, medføre at organene 12 delvis faller sammen og deretter ekspanderer igjen når dampboblene rekondenseres i væsken. Organene

12 virker således dempende på trykkfluktuasjonene , og det har vist

seg at denne dempende virkning er tilstrekkelig til å sikre jevn og tilfredsstillende funksjoner ing av kjølesystemet. Det kan således oppnåes varmesprednings-hastigheter som langt overstiger det som kunne oppnåes med noe tidligere kjent kjølesystem. Representative tall som er oppnådd i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, vil bli angitt nedenfor.

Det vil fremgå av beskrivelsen av kjøleanordningen ifølge fig. 1 at den primære kjølevæske 9 kontinuerlig holdes under et betydelig trykk og at den nødvendige varmevekslingskontakt mellom væsken 9 og varme-flatene 4 og 6 således til enhver tid er sikret. En slik anordning kan således funksjonere i enhver orientering i forhold til vertikal retning og den kan funksjonere under fravær av gravitasjonsfelt, f. eks. i et romskip eller en satelitt. I slike tilfelle kan det være ønskelig å an-ordne organer (ikke vist i fig. l) for med sikkerhet å holde de ekspanderbare, dempende organer 12 i den del av beholderen som har en viss avstand fra varmeover føringsflatene, slik at de ikke skal kunne hindre væskens 9 varmeoverførende bevegelser nær nevnte flate.

De oppblåste, ekspanderbare, dempende organer 12, som er vist

i fig. 1 kan være i det vesentlige kuleformet eller ringformet og kan være løst festet til den øvre hvelvete del av kjelen som er vist på fig. 1 ,

f. eks. ved hjelp av en eller flere flenser e.l.

En hensiktsmessig måte å holde de ekspanderbar e, dempende organer vekk fra varmeutvekslingsflaten uten å hemme deres ekspansjon og sammentrekning, som er nødvendig for deres funksjon ifølge oppfinnelsen, er vist i fig. Z. I denne modifikasjon er påfyllingsåpningen øverst på kjelens klokke 3 gjort noe videre enn det som er vist i fig. 1 og det massive gjengete støpsel 10 erstattes av en hul, gjenget plugg 13. En i det vesentlige kuleformet, oppblåst ballong ii er vist anbrakt i pluggens hulrom og hindres i å unnvike fra dette hulrom inn i hoved-kamret med væsken 9 ved hjelp av et perforert gitter e.l. , som er vist ved 14 og er anbrakt tvers over pluggens basis.

I den modifikasjon som er vist i fig. 3 omfatter de ekspanderbare dempende organer et kuleformet todelt vedheng, bestående av en nedre halvkule 1 5 og en øvre halvkule 16. Den nedre halvkule 15 har en bunn-åpning 18 med utvendige skruegjenger som kan skrues inn i en innven-dig gjenget åpning i kjelens klokke 3 i stedet for den gjengete plugg 10 som er vist i fig. 1. Den øvre halvkule 16 er utstyrt med en åpning 19, som kan lukkes med en plugg og hvor trykkgass, f. eks . luft, kan føres inn i kulens øvre del.

Halvkulene 15 og 16 er utstyrt med flenser i skjøtomkretsen, og en fleksibel membran 17 er med sin omkrets avtettende fastklemt mellom flensene. Når kulen er anbrakt på plass og anordningen er i drift, er området nedenfor membranen 17 fyllt med væske 9, dvs. den primære kjølevæske som fyller kjelen. Området ovenfor membranen 17 er fyllt med gass, f. eks. luft under et trykk som er noe mindre enn det foreskrevne driftstrykk. Membranens 17 bevegelser vil således tjene til å dempe trykkfluktuasjonene i kjelen på en lignende måte som den som er beskrevet i forbindelse med organene 1 1 og 1Z i fig. 1 og 2. Det vil sees at det dempende vedheng som er vist i fig. 3 i sin konstruksjon er meget likt en støtdemper av den såkalte hydropnevmatiske (eller oljeluft) type som undertiden benyttes i bilkonstruksjoner. Det har også vist seg at en slik bil-støtdemper av vanlig markedsført type med mindre modifikasjoner kan benyttes som dempende organ i et kjø-lesystem ifølge foreliggende oppfinnelse. I enkelte tilfelle med lave arbeidstrykk kan den ytre halvkule 16 være åpen eller elimineres.

I den utførelsesform som er vist i fig. 4 har kjelen 3 formen av et ringformet hus, som er festet rundt et rørformet legeme 1 , som skal kjøles og som i dette tilfelle strekker seg gjennom hele kjelen. Det varme legeme kan riktignok være en anode eller kollektor for et kraftig elektronutladningsrør, som i fig. 1 , men antas her å være en sylinder i en forbrenningsmotor . Det er anordnet varme - spredende fremspring 5. Kjelens hus 3 har en påfyllingsåpning 10 for påfylling av den primære kjølevæske 9, og åpningen kan lukkes med en plugg. En sekundær kjøler er anordnet i form av en kobberkjølespiral 6 med et innløp 7 og et utløp 8, som går ut gjennom en sidevegg i huset 3 for tilknytning til et væske-sirkulaajonssystem. Spiralen 6 er anordnet koaksialt i huset 3 rundt den oppvarmede flate 4 og i noen radial avstand fra denne. Det er anordnet et ekspanderbart dempende organ i form av et ringformet organ 20, som er fremstilt av et fleksibelt materiale og delvis er oppblåst med en gass, f. eks. luft ved et trykk som er noe lavere enn det foreskrevne driftstrykk i væsken 9. Den ringformete demper 20 er anordnet rundt det oppvarmede legeme 1 i rommet mellom legemet 1 og kjølespiralen 6. Videre er det vist en ringformet deflektorvegg 21 som er anbrakt i det ringformete rom mellom legemets 1 ytterflate og det ringformete organ 20 og holdt på plass ved passende organer, som ikke er vist, fortrinnsvis fra husveggen 3. Veggen 21 tjener til å holde den ringformete demper 20 på plass og hindre den fra å komme kontakt méd den oppvarmede overflate, mens den tillater dempeorganet 20 å trekke seg sammen og ekspandere. Den ringformete vegg 21 har utadvendende endeflenser 22, som bidrar til å holde demperen 20 på plass. Den ringformete deflektor eller vegg tjener også til å fremme en varmeoverførende bevegelse i væsken 9 ved å skape en automatisk omløpsvirkning , idet den oppvarmede væske nær de varmespredende fremspring 5 stiger langs veggens innerflate, mens kjølevæsken nær kjølespiralen 6 synker langs veggens 21 ytterside. En slik omløpsbevegelse fremmer hurtig rekondensering av de store dampbobler i den underkjølte væske.

Det vil være åpenbart at underkjølingen av den fordampende væske for å fremkalle overflatekoking kan oppnåes på annen måte enn ved en kjøle spiral, hvor en sekundær kjølevæske sirkuleres. Underkjøl-ing av den primære kjølevæske kan således gjennomføres ved kjøling av et veggparti av kjelens hus 3 med tilstrekkelig hastighet, f. eks. ved at en sekundær kjølevæske sirkuleres i kontakt med veggpartiets ytterflate og/eller ved at det anordnes kjøleribber, som rager ut fra nevnte ytterflate og inn i en luftstrøm e.l.

Underkjølingen av den fordampbare væske 9 kan videre oppnåes ved at den primære væske 9 sirkuleres gjennom kjelens hus. En slik utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 5. Anordningen er i stort sett lik den som er vist i fig. 4, bortsett fra at den sekundære kjølespiral

6 med tilhørende sirkuleringssystem er utelatt. I stedet er kjelen utstyrt med innløp og utløp for at den fordampbare primære kjølevæske skal kunne sirkuleres. Som vist, har det oppvarmede legeme 1, f. eks. en forbrenningsmotorsylinder eller et elektronrør, varme-spredende fremspring 5 på sin ytterflate for at den ikke isotermiske, temperatur-stabiliserende funksjon i overensstemmelse med søkerens tidligere patenter skal oppnåes. Et ringformet kjelhus 23 er avtettende festet rundt den varmespredende flate 4 av legemet 1. Huset 23 omfatter et nedre

hvelvet parti 25 og et øvre parti 28. Et innløp 24 er anordnet i partiet 25 og et utløp 29 i partiet 28. Såvel innløpet som utløpet kan kobles til en ikke vist strømning sanordning, omfattende en pumpe for sirkulering av den primære kjølevæske gjennom huset 23 med så stor hastighet at underkjøling av væsken til en gjennomsnittstemperatur under væskens normale koketemperatur ved det herskende arbeidstrykk sikres, slik at den tidligere nevnte overflatekoking oppnåes. Et ringformet dempende organ 20 fremstilt av et passende naturlig eller syntetisk gummilignende platemateriale og delvis oppblåst med gass, f. eks. luft, er anordnet i huset 23 rundt den oppvarmede flate 4 og holdes på plass i noen avstand fra nevnte flate ved en ringformet skille - eller veggplate 26, som av - støttes ved ikke viste organer fra husets 23 vegg. Platen 20 har en utadvendende radial nedre flens 27, på hvilken det ringformete organ 20 hviler med sin basis. Om så ønskes, kan det ringformete organ 20 løst forbindes med flensen 27 ved et passende organ som er antydet rent skje-matisk. Flensen 27 rager fortrinnsvis helt frem til husets 23 sidevegg for å holde organet 20 fra innløpspartiet for den fordampbare væskes sirkulasjonsbane. Som i den utførelse som er vist i fig. 5 har platen 26 den ytterligere funksjon at den fremmer automatisk væske sirkulasjon i retning oppover langs platens radialt sett indre flate og i retning nedover langs platens ytre flate og dermed fremmer rekondensering av dampboblene som dannes i kontakt med den varme vegg 4. Et gitter-lignende organ 30, bestående av trådnetting eller et annet passende perforert organ, er anordnet tvers over den øvre ende av den ringformete kanal begrenset mellom den varme flate 4 og den ringformete deflektorplate 20. Gitret 30 medvirker til å bryte ned de store dampbobler som stiger opp frå kanalens øvre ende og medvirker således til rekondensering i kontakt med den kaldere væske på utsiden av platen 20. Ved en slik anordning har det vist seg at de plutselige trykkvariasjoner som lett oppstår på grunn av fordampning og rekondensering av væsken, i det vesentlige lokalisert til området ved det gitter-lignende organ 30

og i det øvre ringformete husparti 28 umiddelbart på den andre siden av organet 30. Disse plutselige trykkvariasjoner dempes effektivt ved ekspansjon og kompresjon av det øvre parti av den ringformete, oppblåste demper 20, som er anordnet rundt de ringformete plater 26. Den nedre ende av organet 20 er avskjermet fra innløpspartiet 25 ved den L-formete flens 27 på den ringformete plate 20.

I den modifiserte utformning som er vist i fig. 6 er anordningen svært lik den som er vist i fig. 5. Her foreligger dog intet perforert gitter 30. I stedet er den ringformete plate 26 utformet med perforer-inger 31 over hele sin lengde. Den ringformete plate er utformet med L-formete, utadvendende flenser både oppe og nede, og den nedre flens holder organet 20 vekk fra væskeinnløpet. Dampboblene som dannes omkring den ikke isotermiske og meget hete ytterflate 4 på det oppvarmede legeme 1 , skyter gjerne ut radialt fra de varmespredende fremspring 5 og/eller de mellomliggende kanaler, og de bringes til å briste ved per-foreringene 31 og rekondensere i den kjøligere vannregion på utsiden av de ringformete plater 26. Ved denne prosess oppstår det brå trykkfluktuasjoner og disse dempes effektivt ved sammentrekning og ekspansjon av det ringformete halv-oppblåste organ 20 som omgir den ringformete plate 26 og fastholdes mellom platens øvre og nedre flens.

Ved visse modifikasjoner av foreliggende oppfinnelse må de defor-merbare dempende organer ikke nødvendigvis ha formen av spesielt an-ordnete, oppblåste organer som vist og beskrevet, men den dempende effekt kan oppnåes ved en passende damplomme som anordnes i kjelen. Fig. 7 illustrerer en slik utførelse av oppfinnelsen, hvilken utførelse er velegnet i tilfelle, hvor kjøleanordningen hele tiden blir stående noen-lunde opprett.

Den konstruksjon som er vist, omfatter en rørformet del 1 , som skal kjøles, f. eks. den ytre anode eller kollektor i et kraftig elektron-rør, en forbrenningsmotorsylinder e.l. med lukket øvre ende 34 og temperatur-stabiliserende fremspring 5. Et kjelkammer begrenses rundt og ovenfor delen 1 av en skivelignende basis og et klokkeformet, hvelvet hus 3 som er avtettende festet på nevnte basis og rundt delen 1. Et inn-løp for kj ølevæsken er anordnet ved forbindelsesstussen 24 i den nedre del av husets 3 sidevegg. Et utløp for væsken er anordnet i form av et vertikalt stigerør 29, som rager opp gjennom en åpning i det klokkeformete hus 3 og har en utvidet nedre ende 33 , som er anordnet over den avtettede topp 34 av delen 1 med noe vertikal avstand mellom de to del-ene. En ringformet deflektorplate 26 er koaksialt anordnet mellom den oppvarmede flate 4 og husets 3 sidevegg i noen avstand fra begge veg-ger. Under drift sirkuleres den primære kjølevæske, f.eks. vann, med forholdsvis stor hastighet gjennom innløpet 24 inn i kjelens kammer og ut gjennom det øvre utløp 29, fra og til et sirkulasjons system av kjent type, som ikke er vist. Når den indre fLate av den rørformete del 1 som skal kjøles utsettes for varme ved elektronbombardement, for-brenning av gassblandinger eller av andre årsaker, opprettes stabile temperaturgradienter langs sidene av fremspringene 5 på ytterflaten 4 av delen 1 , med de høyeste temperaturer ved fremspringenes fot. Væske fordampes i umiddelbar nærhet av nevnte fremspring og noen bobler brister, slik at det samles damp i det øvre rom 35 under den hvelvete topp av huset 3, som fortrinnsvis ikke utsettes for vesentlig kjøling. Den frie væskéover flate vil ligge på et bestemt nivå 35 ovenfor utløps-rørets 29 åpne nedre ende. Under den etterfølgende sirkulering av væske vil dampmengden i den åpne lomme 32 ikke øke. Dampboblene vil så stige langs den indre flate av den ringformete deflektor 26 og rekondenseres i den kjøligere væske som synker langs platens 26 ytre flate, slik at det opprettes en automatisk sirkulasjon rundt platen. Den ansamlede damp i lommen 32 er ikke involvert i nevnte sirkulasjon.

Det skal bemerkes at det ikke oppstår nevneverdig varmespredning fra den avtettede topp 34 av delen 1. Når de store dampbobler stiger i vannets øvre område ovenfor platen 26 og rekondenseres i den kjøligere væske, som omtalt, vil det oppstå sterke trykkfluktuasjoner . Disse trykkfluktuasjoner forårsaker sammentrekking og ekspansjon av den elastiske dampenhet 32 øverst i kjelen og dempes derved. Kjølingen ved overflatekoking av væske i kontakt med den ikke isotermiske overflate 4 kan således gjennomføres jevnt og tilfredsstillende.

Den enkle utførelse av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 7 er hensiktsmessig for visse tilfelle, men kan med-føre visse vanskeligheter. I tilfelle hvor varmesprednings-hastigheten kan variere sterkt under drift, vil den frie væskeoverflate 35 utsettes for tilsvarende variasjoner og kan til sine tider synke til et nivå under utløpet 33, slik at væskens sirkulasjon stanser. En modifikasjon av oppfinnelsen, hvor denne vanskelighet unngåes, er vist i fig. 10. Anordningen er stort sett lik den som er vist i fig. 7, bortsett fra at inn-løpsrøret 24 A i stedet for å føre inn ved bunnen av kjelen 3 ender på

et nivå i kjelen som svarer til den ønskede overflate 35 for væsken i kjelen. Innløpsrøret 24A har videre en lukket ende og flere små åpnin-ger 24B i sin sidevegg, slik at kjølevæsken vil strømme inn i kjelen i

form av flere tynne, i det vesentlige horisontalt rettede stråler. Åpningene 24B kan ha enhver ønsket form, f. eks. rund eller slissform. Ved den beskrevne anordning vil vannnivået 35 i kjelen generelt etab-leres i et plan som ligger lavere enn åpningenes 24B. De kalde væske-stråler vil strømme ut i det frie dampområdet 32 og forårsake en meget intens damp-kondenserende effekt. Den store dampmengde som således kondenseres vil føre til at væskenivået. stiger og at åpningene 24B således befinner seg under vannets overflate. Deres damp-kondenserende virkning reduseres derved sterkt, slik at vann-nivået ikke stiger ytterligere. Derved oppnåes en selv-regulerende virkning som effektivt sta-biliserer væskens gjennomsnittsnivå og det gjennomsnittlige dampvolum i lommen 32 til de ønskede verdier.

Som tidligere antydet, er det viktig at den varmespredende flate utformes slik at det oppstår spor eller kanaler mellom varme-ledende forlengelser eller fremspring som under drift langs sin overflate vil tilveiebringe en ikke isotermisk temperaturfordeling, som omslutter den kritiske temperatur, for at det skal oppstå stabile temperaturgradienter som tillater oppnåelse av høye gjennomsnittstemperaturer over overflaten uten fare for metallsmelting.

Anordningen av de ekspanderbare, elastiske organer for demp-ning av de brå trykkfluktuasjoner som ellers ville finne sted ved en slik kombinasjon, gjør det mulig å oppnå varmespredningsstrømmer som er dobbelt eller tre ganger så store som det som kunne oppnåes ved en tilsvarende anordning uten de dempende organer ifølge oppfinnelsen, samtidig som man unngår ubehagelig lyd, støt og kavitasjoner.

Et system av det slag som er vist i fig. 5 eller 6 har f. eks. vært brukt for å spre flere hundre kilowatt med en varmestrømningstetthet på 1 eller 2 kilowatt pr. cm <2>, ved bruk av destillert vann som kjøle-væske, som ble sirkulert med en hastighet av ca. 0,35 1 pr. minutt og kilowatt fordelt varme. Den resulterende temperaturøkning av vannet var ca. 40°C, ved en innløpstemperatur på 50°C ved innløpet 24 og en utløpstemperatur på 90°C ved utløpet 29. Det benyttede pumpesys-tem opprettholdt et statisk trykk på noe over 4 ato i kjelen 3. Ved dette trykk er vannets metningstemperatur ca. 140°C, og det ble der-for sørget for at vannet ble underkjølt til en temperatur som under-skrider metningstemper ature n med minst 50°C. Anordningen ifølge oppfinnelsen kan drives med ethvert passende statisk trykk i den fordampbare væske.

Claims (11)

1. Varmeoverførings apparat som omfatter en av et varmeledende materiale bestående vegg, hvis ene side utsettes for en varmekilde og hvis annen side utgjør i det minste en del av innsiden av et kammer som inneholder en fordampbar væskemengde , hvorved nevnte annen side av veggen har varmeavledende fremspring som rager inn i væsken, samt organ for underkjøling av væsken til en temperatur under væskens metningstemperatur ved væskens foreliggende trykk, hvorved væsken vil fordampe nær de varmefordelende fremspring, og dampen vil rekondenseres i den underkjølte væske, karakterisert ved at det i kammeret (9) er anordnet midler (12) som utsettes for væsken i kammeret og som komprimeres og ekspanderer elastisk i avhengighet av trykkfluktuasjoner som oppstår som følge av nevnte fordampning og rekondensering, for utligning av slike fluktuasjoner (fig. l).

2 . Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at mid-lene som utsettes for elastisk kompresjon og ekspansjon, omfatter minst et fleksibelt organ som avtetter en gassmengde fra væsken i kammeret, hvorved gassmengden står under et slikt trykk at det kan komprimeres og ekspandere i avhengighet av de nevnte trykkfluktuasjoner i nevnte væskemengde (fig. l).

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte fleksible tetningsorgan utgjøres av et lukket ballong-lignende legeme (12) som er delvis oppblåst med nevnte gass.

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at det om - fatter elementer (14), f. eks. gitter for lokalisering av det ballong-lignende legeme (12) i en kammerregion som befinner seg på en viss avstand fra den varmefordelende vegg, samtidig som de nevnte elementer (14) ikke hindrer fri kompresjon og ekspansjon av det ballong-lignende legeme (12) (fig. 2).

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at det ballong-lignende legeme (12) fastholdes i en del (13) av kammeret, hvilken del er avtagbart festet til kammerets hovedseksjon og f. eks. utgjør hovedkammerets påfyllingsstøpsel (fig. 2).

6. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte kammer omgir en omkretsflate av den varmefordelende vegg (4) og at det ballong-lignende legeme (20) er i det vesentlige ringformet og omgir nevnte omkretsflate (fig. 4).

7. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at det fleks - ible avtettende organ (17) utgjøres av et diafragma som avtetter et overflateparti av nevnte væskemengde fra nevnte gassmengde (fig. Z).

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte diafragma avtetter i en seksjon (15) av kammeret som er avtagbart festet til kammerets hovedseksjon, og at nevnte gassmengde anbringes i ytterligere en seksjon (16) av kammeret som er forbundet med den førstnevnte seksjon (15) på motstående side av nevnte diafragma (fig. 3).

9 . Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte midler for elastisk kompresjon og ekspansjon er anordnet nær inntil en andre varmeveksler (6), f. eks. en inne i nevnte kammer anbragt kjølespiral, som tillater sirkulasjon av en andre kjølevæske for var-meveksling med nevnte stasjonære væskemengde i nevnte kammer (fig.4).

10. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte midler for elastisk kompresjon og ekspansjon er anordnet for i det vesentlige å bli utsatt for den sirkulerende fordampbare væske i en kammerutløpsavdeling som avgrenses av skilleorganer (21) (fig. 4).

11. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte midler (20) for elastisk kompresjon og ekspansjon er anordnet i en relativt kjølig kammerregion som av deflektororganer (26) avgrenses i den sirkulerende fordampbare væske (fig. 6).