BRPI0809058A2 - evaporator for use in heat transfer system - Google Patents
evaporator for use in heat transfer system Download PDFInfo
- Publication number
- BRPI0809058A2 BRPI0809058A2 BRPI0809058A BRPI0809058A2 BR PI0809058 A2 BRPI0809058 A2 BR PI0809058A2 BR PI0809058 A BRPI0809058 A BR PI0809058A BR PI0809058 A2 BRPI0809058 A2 BR PI0809058A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- cylindrical
- evaporator
- barrier wall
- wick
- liquid
- Prior art date
Links
Abstract
EVAPORADOR PARA USO EM SISTEMA DE TRANSFERêNCIA DE CALOR. A presente invenção refere-se a um evaporador (105) inclui uma parede barreira cilíndrica (200), e uma tampa que se ajusta em uma extremidade da parede barreira cilíndrica (200). A parede barreira cilíndrica (200) define uma abertura axialmente central e uma superfície cilíndrica externa. A tampa inclui uma superfície externa que é externa à abertura axial central e uma superfície interna que topa a abertura axial central. Uma porção da superfície cilíndrica externa é configurada para definir uma porta de líquido (210) que se estende através da superfície cilíndrica externa da parede barreira cilíndrica (200).EVAPORATOR FOR USE IN HEAT TRANSFER SYSTEM. The present invention relates to an evaporator (105) includes a cylindrical barrier wall (200), and a cap that fits at one end of the cylindrical barrier wall (200). The cylindrical barrier wall 200 defines an axially central opening and an outer cylindrical surface. The cap includes an outer surface that is external to the central axial opening and an inner surface that tops the central axial opening. A portion of the outer cylindrical surface is configured to define a liquid port (210) extending through the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall (200).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "EVAPORA-DOR PARA USO EM SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR".Report of the Invention Patent for "EVAPORA-PAIN FOR USE IN HEAT TRANSFER SYSTEM".
Referência cruzada a Pedido relacionadoRelated Order Cross Reference
Esta descrição está relacionada ao Pedido U.S. No. 10/602.022,que é aqui incorporado para referência em sua totalidadeThis description is related to U.S. Application No. 10 / 602,022, which is incorporated herein by reference in its entirety.
Campo técnicoTechnical field
Esta descrição é relativa a um evaporador para utilização em umsistema de transferência de calor de circuito de duas fases.This description relates to an evaporator for use in a two phase circuit heat transfer system.
AntecedenteBackground
Sistemas de transferência de calor são utilizados para transpor-Heat transfer systems are used to transport
tar calor de uma localização (a fonte de calor) para uma outra localização (odissipador de calor). Sistemas de transferência de calor podem ser utiliza-dos em equipamento eletrônico, que muitas vezes requer resfriamento du-rante operação.heat from one location (the heat source) to another location (the heat sink). Heat transfer systems can be used in electronic equipment, which often requires cooling during operation.
Tubos de aquecimento em circuito (LHPs) e circuitos bombea-das por capilaridade (CPLs) são exemplos de sistemas de transferência decalor em circuito de duas fases. Cada um destes sistemas inclui um evapo-rador acoplado termicamente à fonte de calor, um condensador acopladotermicamente ao dissipador de calor, fluido que escoa entre o evaporador eo condensador e um reservatório de fluido para a expansão do fluido. O flui-do dentro do sistema de transferência de calor pode ser referido como umfluido de trabalho. O evaporador inclui um pavio e um núcleo que inclui umapassagem para fluxo de fluido. Calor adquirido pelo evaporador é transpor-tado para, e descarregado por meio do condensador.Circuit heating tubes (LHPs) and capillary-pumped circuits (CPLs) are examples of two-phase circuit heat transfer systems. Each of these systems includes an evaporator thermally coupled to the heat source, a condenser thermally coupled to the heat sink, fluid flowing between the evaporator and condenser, and a fluid reservoir for fluid expansion. The fluid within the heat transfer system may be referred to as a working fluid. The evaporator includes a wick and a core that includes a fluid flow passage. Heat acquired by the evaporator is conveyed to, and discharged through the condenser.
Estes sistemas utilizam pressão capilar desenvolvida em umpavio de poro fino dentro do evaporador, para promover circulação de fluidode trabalho a partir do evaporador até o condensador e de volta para o eva-porador. Estes sistemas podem ainda incluir uma bomba mecânica que a-juda a recircular o fluido de volta para o evaporador a partir do conden-sador.These systems utilize capillary pressure developed in a thin pore vessel within the evaporator to promote working fluid circulation from the evaporator to the condenser and back to the evaporator. These systems may further include a mechanical pump that helps recirculate the fluid back to the evaporator from the damper.
Sumáriosummary
Em um aspecto geral, um evaporador inclui uma parede barreiracilíndrica e uma tampa que se ajusta em uma extremidade da parede barrei-ra cilíndrica. A parede barreira cilíndrica define uma abertura axial central euma superfície cilíndrica externa. A tampa inclui uma superfície externa queé externa à abertura axial central e uma superfície interna que encontra aabertura axial central. Uma porção da superfície cilíndrica externa é configu-rada para definir uma porta de líquido que se estende através da superfíciecilíndrica externa da parede barreira cilíndrica.In an overall aspect, an evaporator includes a bar-cylindrical wall and a cap that fits at one end of the cylindrical bar wall. The cylindrical barrier wall defines a central axial opening and an outer cylindrical surface. The cap includes an outer surface that is external to the central axial opening and an inner surface that meets the central axial opening. A portion of the outer cylindrical surface is configured to define a liquid port extending through the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall.
Implementações podem incluir um ou mais dos seguintes aspec-tos. Por exemplo, o evaporador pode ainda incluir um pavio cilíndrico que seajusta dentro da abertura axial central e no qual a porta de líquido se esten-de para o interior do pavio cilíndrico. O evaporador pode também incluir umaluva que é presa à porta de líquido da parede barreira cilíndrica. A luva podeser soldada à parede barreira cilíndrica na superfície cilíndrica externa.Implementations may include one or more of the following. For example, the evaporator may further include a cylindrical wick that fits within the central axial opening and in which the liquid port extends into the cylindrical wick. The evaporator may also include a glove that is attached to the liquid gate of the cylindrical barrier wall. The glove can be welded to the cylindrical barrier wall on the outer cylindrical surface.
O evaporador pode incluir um pavio cilíndrico que se ajusta den-tro da abertura axial central, no qual a porta de líquido se estende para opavio cilíndrico; uma luva externa que define um eixo de luva; e um tubodentro da luva externa e que se estende ao longo do eixo da luva. Uma pri-meira região do tubo pode ser presa à luva externa e uma segunda regiãodo tubo pode ser presa ao pavio cilíndrico. A luva externa pode ser presa àporta de líquido da parede barreira cilíndrica. A segunda região do tubo podeser vedada ao pavio cilíndrico de tal maneira que um espaço entre o tubo nasegunda região e o pavio cilíndrico é menor do que um raio dos poros dentrodo pavio cilíndrico. O tubo pode ser feito de um primeiro metal em uma pri-meira região e o tubo é feito de um segundo material na segunda região; aprimeira região do tubo é soldada à luva externa; e a segunda região do tu-bo é soldada ao pavio cilíndrico.The evaporator may include a cylindrical wick that fits within the central axial opening, wherein the liquid port extends into the cylindrical port; an outer sleeve defining a sleeve shaft; and a tube inside the outer sleeve extending along the axis of the sleeve. A first region of the tube may be attached to the outer sleeve and a second region of the tube may be attached to the cylindrical wick. The outer sleeve can be attached to the liquid barrier wall barrier door. The second region of the tube may be sealed to the cylindrical wick such that a space between the tube in the second region and the cylindrical wick is smaller than a radius of the pores within the cylindrical wick. The tube may be made of a first metal in a first region and the tube is made of a second material in the second region; The first region of the tube is welded to the outer sleeve. and the second region of the pipe is welded to the cylindrical wick.
O evaporador pode incluir uma sela receptora de calor que co-bre, no mínimo, parte da superfície cilíndrica externa da parede barreira ci-líndrica. A sela receptora de calor pode ser ligada à parede barreira cilíndrica.The evaporator may include a heat-receiving saddle that covers at least part of the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall. The heat receiving saddle may be attached to the cylindrical barrier wall.
O evaporador pode incluir um pavio cilíndrico que se ajusta den-tro da abertura axial central e que define um canal axial central, no qual aporta de líquido se estende para o interior do pavio cilíndrico e para o interiordo canal axial central.The evaporator may include a cylindrical wick that fits within the central axial opening and defines a central axial channel, in which the liquid port extends into the cylindrical wick and into the central axial channel.
A combinação do pavio e da parede barreira cilíndrica pode de-finir ranhuras de vapor circunferenciais. A porta de vapor pode estar em co-municação direta com as ranhuras de vapor circunferenciais. As ranhuras devapor circunferenciais podem ser formadas no pavio, na parede barreira ci-líndrica, ou em ambos, no pavio e na parede barreira cilíndrica. O pavio e aparede barreira cilíndrica podem definir no mínimo um canal de vapor axialexterno que intercepta e está em comunicação direta com as ranhuras devapor circunferenciais. A porta de vapor pode estar em comunicação diretacom, no mínimo, um canal de vapor axial externo. O canal de vapor axialexterno pode ser formado no pavio, na parede barreira cilíndrica ou em am-bos, no pavio e na parede barreira cilíndrica.The combination of the wick and the cylindrical barrier wall can define circumferential steam grooves. The steam port may be in direct communication with the circumferential steam slots. The circumferential vapor grooves may be formed in the wick, the cylindrical barrier wall, or both, the wick and the cylindrical barrier wall. The wick and cylindrical barrier apparatus may define at least one axialexternal vapor channel which intersects and is in direct communication with the circumferential vapor slots. The steam port may be in direct communication with at least one external axial steam channel. The axialexternal vapor channel may be formed in the wick, the cylindrical barrier wall or both, the wick and the cylindrical barrier wall.
O evaporador pode incluir um tampão dentro do canal axial cen-trai. O tampão pode ser preso ao pavio cilíndrico de tal maneira que um es-paço entre o tampão e o pavio cilíndrico é menor do que um raio dos porosdentro do pavio cilíndrico.The evaporator may include a plug within the central axial channel. The plug may be secured to the cylindrical wick such that a space between the plug and the cylindrical wick is smaller than a radius of the pores within the cylindrical wick.
A porta de líquido pode se estender para o interior do canal axialcentral do pavio, de tal modo que uma extremidade aberta da porta de Ifqui-do é exposta ao canal axial central do pavio.The liquid port may extend into the axialcentral channel of the wick such that an open end of the Slick door is exposed to the central axial channel of the wick.
O evaporador pode incluir uma porta de vapor que se estendeatravés da superfície cilíndrica externa da parede barreira cilíndrica.The evaporator may include a vapor port extending through the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall.
A parede barreira cilíndrica pode ser feita de níquel; a tampapode ser feita de aço inoxidável. A sela receptora de calor pode ser feita deum material que tem um coeficiente de expansão térmica abaixo de cercade 9,0 ppm/K a 20 °C. A sela receptora de calor pode ser feita de um mate-rial que tem um coeficiente de expansão térmica de cerca de 6,4 ppm/K a 20°C. A sela receptora de calor pode ser feita de um material que tem um coe-ficiente de expansão térmica de cerca de 2 vezes a magnitude do coeficien-te de expansão térmica da fonte de calor aplicada ao evaporador . A selareceptora de calor pode ser feita de BeO ou de cobre-tungstênio.The cylindrical barrier wall may be made of nickel; The cap can be made of stainless steel. The heat receiving saddle may be made of a material having a thermal expansion coefficient below about 9.0 ppm / K at 20 ° C. The heat receiving saddle may be made of a material having a coefficient of thermal expansion of about 6.4 ppm / K at 20 ° C. The heat receiving saddle may be made of a material having a thermal expansion coefficient of about 2 times the magnitude of the thermal expansion coefficient of the heat source applied to the evaporator. The heat sealer can be made of BeO or copper-tungsten.
Em um outro aspecto geral, um evaporador inclui uma paredebarreira cilíndrica que define uma abertura axial central e uma superfíciecilíndrica externa; uma tampa que se ajusta em uma extremidade da paredebarreira cilíndrica, a tampa incluindo uma superfície externa que é externa àabertura axial central e uma superfície cônica interna que encontra a abertu-ra axial central; e um pavio cilíndrico que é dimensionado para ajustar dentroda abertura axial central e que inclui uma porção que se estende axialmenteaté a extremidade da parede barreira cilíndrica.In another general aspect, an evaporator includes a cylindrical wall that defines a central axial opening and an external cylindrical surface; a lid that fits at one end of the cylindrical wall, the lid including an outer surface that is external to the central axial opening and an inner tapered surface that meets the central axial opening; and a cylindrical wick that is sized to fit within the central axial aperture and includes an axially extending portion to the end of the cylindrical barrier wall.
Implementações podem incluir um ou mais dos aspectos a se-guir. Por exemplo, o evaporador pode incluir uma sela receptora de calorque cobre, no mínimo, parte da superfície cilíndrica externa da parede bar-reira cilíndrica.Implementations may include one or more of the following. For example, the evaporator may include a heat receiving saddle that covers at least part of the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall.
O evaporador pode incluir uma porta de líquido que se estendeatravés da superfície cilíndrica externa da parede barreira cilíndrica e para ointerior do pavio cilíndrico.The evaporator may include a liquid port extending through the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall and into the cylindrical wick.
A tampa pode incluir uma superfície plana interna que contata aextremidade da parede barreira cilíndrica. A tampa pode ser presa à extre-midade da parede barreira cilíndrica por meio de uma solda. A solda podese estender desde a parede barreira cilíndrica até a superfície externa datampa. A tampa pode ter cerca de 0,25 mm de largura na superfície planainterna. A tampa pode ser configurada para vedar de maneira herméticafluido de trabalho dentro da parede barreira cilíndrica.The lid may include an inner flat surface that contacts the end of the cylindrical barrier wall. The cap may be secured to the end of the cylindrical barrier wall by means of a weld. The weld may extend from the cylindrical barrier wall to the outer surface of the shell. The lid may be about 0.25 mm wide on the planar surface. The cap may be configured to seal the working fluid within the cylindrical barrier wall.
O evaporador pode incluir um tampão dentro da abertura axialcentral e preso ao pavio cilíndrico.The evaporator may include a plug within the axial center opening and attached to the cylindrical wick.
A tampa pode incluir uma saliência tampão dentro da aberturaaxial central e presa ao pavio cilíndrico.The cap may include a plug protrusion within the central axial aperture and secured to the cylindrical wick.
Em um outro aspecto geral, um método de transferir calor incluiescoar líquido através de um canal de fluxo de líquido que é definido dentrode um pavio; escoar o líquido a partir do canal de fluxo de líquido através dopavio; evaporação de pelo menos parte do líquido em um canal de remoçãode vapor que é definido em uma interface entre o pavio e uma parede bar-reira cilíndrica; e introduzir energia de calor (térmica) em uma superfície ab-sorvedora de calor exterior de uma parede barreira cilíndrica. A superfícieexterior absorvedora de calor se estende por todo o comprimento da paredebarreira cilíndrica.In another general aspect, a method of transferring heat includes liquid flow through a liquid flow channel that is defined within a wick; flowing the liquid from the liquid flow channel through the port; evaporating at least part of the liquid in a vapor removal channel that is defined at an interface between the wick and a cylindrical barrier wall; and introducing (thermal) heat energy into an outer heat absorbing surface of a cylindrical barrier wall. The heat-absorbing outer surface extends the full length of the cylindrical wall.
Em um outro aspecto geral, um evaporador inclui uma paredebarreira que define uma abertura axial central e uma superfície cilíndricaexterna, no qual a parede barreira é feita de níquel; o pavio cilíndrico queajusta dentro da abertura axial central e a sela receptora de calor que cobre,no mínimo, parte da superfície cilíndrica externa da parede barreira. O paviocilíndrico é feito de titânio, níquel, aço inoxidável, Teflon poroso ou polietile-no poroso. A sela receptora de calor é feita de um material que tem um coe-ficiente de expansão térmica abaixo de cerca de 9,0 ppm/K a 20 °C.In another general aspect, an evaporator includes a barrier wall defining a central axial opening and an external cylindrical surface on which the barrier wall is made of nickel; the cylindrical wick that fits within the central axial opening and the heat receiving saddle covering at least part of the outer cylindrical surface of the barrier wall. The paviocylindrical is made of titanium, nickel, stainless steel, porous Teflon or porous polyethylene. The heat receiving saddle is made of a material having a thermal expansion coefficient below about 9.0 ppm / K at 20 ° C.
Implementações podem incluir um ou mais dos aspectos a se-guir. Por exemplo, a sela receptora de calor pode se estender até a extremi-dade da superfície cilíndrica externa.Implementations may include one or more of the following. For example, the heat receiving saddle may extend to the end of the outer cylindrical surface.
A parede barreira pode incluir uma parede barreira cilíndrica quedefine a superfície cilíndrica externa, e tampas que se ajustam nas respecti-vas extremidades da parede barreira cilíndrica.The barrier wall may include a cylindrical barrier wall that defines the outer cylindrical surface, and caps that fit at respective ends of the cylindrical barrier wall.
Ό evaporador pode ainda incluir um tampão dentro da aberturaaxial central e preso ao pavio, no qual o tampão é feito de titânio ou de umaliga de alumínio.The evaporator may further include a plug within the central axial aperture and secured to the wick in which the plug is made of titanium or an aluminum alloy.
A sela receptora de calor pode ser feita de BeO ou cobre-tungstênio.The heat receiving saddle can be made of BeO or tungsten copper.
Em um outro aspecto geral, um sistema de transferência de ca-lor inclui um condensador; e uma rede de evaporadores que inclui dois oumais evaporadores diretamente conectados um ao outro e que inclui no mí-nimo um evaporador que é acoplado a uma linha de líquido que é acopladaao condensador e no mínimo um evaporador que é acoplado a uma linha devapor que ela é acoplada diretamente ao condensador. Cada evaporador narede inclui uma parede barreira cilíndrica que define uma abertura axial cen-tral e uma superfície cilíndrica externa, um pavio cilíndrico que se ajustadentro da abertura axial central, uma tampa que se ajusta em uma extremi-dade da parede barreira cilíndrica, e uma porta de líquido que se estendeatravés da superfície cilíndrica externa da parede barreira cilíndrica e para ointerior do pavio cilíndrico. A tampa inclui uma superfície externa que é ex-terna à abertura axial central e uma superfície interna que encontra a aber-tura axial central.In another general aspect, a heat transfer system includes a capacitor; and a network of evaporators including two or more evaporators directly connected to each other and including at least one evaporator that is coupled to a liquid line that is coupled to the condenser and at least one evaporator that is coupled to a line to which it is coupled. is coupled directly to the condenser. Each wall evaporator includes a cylindrical barrier wall defining a central axial opening and an outer cylindrical surface, a cylindrical wick that fits within the central axial opening, a cap that fits at one end of the cylindrical barrier wall, and a liquid port extending through the outer cylindrical surface of the cylindrical barrier wall and into the cylindrical wick. The cap includes an outer surface that is external to the central axial opening and an inner surface that meets the central axial opening.
Implementações podem incluir um ou mais dos aspectos a se-guir. Por exemplo, o sistema de transferência de calor pode incluir um sis-tema de bombeamento acoplado ao condensador e ao evaporador. O sis-tema de bombeamento pode incluir uma bomba mecânica dentro da linhade líquido, ou um circuito passivo secundário de transferência de calor queinclui um evaporador secundário.Implementations may include one or more of the following. For example, the heat transfer system may include a pumping system coupled to the condenser and evaporator. The pumping system may include a mechanical pump within the liquid line, or a secondary passive heat transfer circuit including a secondary evaporator.
Os dois ou mais evaporadores podem ser conectados em sériede tal modo que o fluido de trabalho seja capaz de escoar para dentro e pa-ra fora de cada evaporador através de sua porta de líquido.The two or more evaporators may be connected in series such that the working fluid is able to flow in and out of each evaporator through its liquid port.
O líquido dos evaporadores pode escoar de um evaporador parao próximo evaporador.Evaporator liquid may flow from one evaporator to the next evaporator.
O sistema de transferência de calor pode incluir um reservatório.The heat transfer system may include a reservoir.
O líquido que sai do último evaporador em série escoa através de uma linhaseparada ou para o condensador ou para o reservatório de fluido.Liquid exiting the last series evaporator flows through a separate line either into the condenser or into the fluid reservoir.
Cada evaporador na rede pode incluir uma porta de vapor, comcada porta de vapor sendo unidas juntas para formar uma única linha devapor que se acopla ao condensador.Each evaporator in the network may include a vapor port, as a vapor port being joined together to form a single vapor line that mates with the condenser.
A taxa de fluxo de massa de líquido para cada evaporador ex-cede a taxa de fluxo de massa de vapor que vem de cada evaporador, detal modo que a taxa de fluxo de massa de líquido que vem de cada evapo-rador é maior do que zero.The liquid mass flow rate for each evaporator exceeds the vapor mass flow rate that comes from each evaporator, so the liquid mass flow rate that comes from each evaporator is greater than zero.
O sistema de transferência de calor pode incluir um reservatóriode fluido que é ligado hidraulicamente ao condensador.The heat transfer system may include a fluid reservoir that is hydraulically connected to the condenser.
Em um outro aspecto geral, o sistema de transferência de calorinclui um condensador, e uma rede de evaporadores. A rede de evaporado-res inclui dois ou mais evaporadores diretamente conectados um ao outro einclui no mínimo um evaporador que é acoplado a uma linha de líquido queé acoplada ao condensador e no mínimo um evaporador que é acoplado auma linha de vapor que é acoplada diretamente ao condensador. Cada eva-porador na rede inclui uma parede barreira cilíndrica que define uma abertu-ra axial central e uma superfície cilíndrica externa, uma tampa que se ajustaem uma extremidade da parede barreira cilíndrica, a tampa incluindo umasuperfície externa que é externa à abertura central e uma superfície cônicainterna que encontra a abertura central e um pavio cilíndrico que é dimensi-onado para ajustar dentro da abertura axial central e que inclui uma porçãoque se estende axialmente até a extremidade da parede barreira cilíndrica.In another general aspect, the heat transfer system includes a condenser, and a network of evaporators. The evaporator network includes two or more evaporators directly connected to each other and includes at least one evaporator that is coupled to a liquid line that is coupled to the condenser and at least one evaporator that is coupled to a steam line that is directly coupled to the condenser. condenser. Each evacuator in the network includes a cylindrical barrier wall defining a central axial opening and an outer cylindrical surface, a lid fitting one end of the cylindrical barrier wall, the lid including an outer surface that is external to the central opening and a an inner conical surface meeting the central aperture and a cylindrical wick that is sized to fit within the central axial aperture and includes a portion extending axially to the end of the cylindrical barrier wall.
Em um outro aspecto geral, um sistema de transferência de ca-lor inclui um condensador e uma rede de evaporadores. A rede de evapora-dores inclui dois ou mais evaporadores diretamente conectados um ao outroe inclui, no mínimo, um evaporador que é acoplado a uma linha de líquidoque é acoplada ao condensador e, no mínimo, um evaporador que é aco-plado a uma linha de vapor que é acoplada diretamente ao condensador.In another general aspect, a heat transfer system includes a condenser and a network of evaporators. The evaporator network includes two or more evaporators directly connected to each other and includes at least one evaporator that is coupled to a liquid line that is coupled to the condenser and at least one evaporator that is coupled to a line. which is directly coupled to the condenser.
Cada evaporador na rede inclui uma parede barreira que define uma abertu-ra axial central e uma superfície cilíndrica externa, um pavio cilíndrico que seajusta dentro da abertura axial central e uma sela receptora de calor querecobre, no mínimo, parte da superfície cilíndrica externa da parede barreira.Each evaporator in the network includes a barrier wall defining a central axial opening and an outer cylindrical surface, a cylindrical wick fitting within the central axial opening, and a heat receiving saddle covering at least part of the outer cylindrical wall surface. barrier.
A parede barreira é feita de níquel. O pavio cilíndrico é feito de titânio, ní-quel, aço inoxidável, Teflon poroso ou polietileno poroso. A sela receptorade calor é feita de um material que tem um coeficiente de expansão térmicaabaixo de cerca de 9,0 ppm/K a 20 °C.The barrier wall is made of nickel. The cylindrical wick is made of titanium, nickel, stainless steel, porous Teflon or porous polyethylene. The heat receiving saddle is made of a material that has a coefficient of thermal expansion below about 9.0 ppm / K at 20 ° C.
Em um outro aspecto geral, um método de fazer um evaporadorinclui inserir um pavio cilíndrico em uma abertura axial central de uma pare-de barreira cilíndrica, de tal modo que um ajuste de interferência se formaentre o pavio cilíndrico e a parede barreira cilíndrica, e ligando de forma me-talúrgica parede barreira cilíndrica a uma sela receptora de calor que é feitade um material que tem um coeficiente de expansão térmica de cerca de 2vezes a magnitude do coeficiente de expansão térmica da fonte de calor aser aplicada ao evaporador.In another general aspect, a method of making an evaporator includes inserting a cylindrical wick into a central axial opening of a cylindrical barrier wall, such that an interference fit is formed between the cylindrical wick and the cylindrical barrier wall, and connecting Metallurgically barrier wall to a heat-receiving saddle that is made of a material having a thermal expansion coefficient of about 2 times the magnitude of the thermal expansion coefficient of the heat source being applied to the evaporator.
Um material de baixo coeficiente de expansão térmica (CTE) talcomo BeO pode ser utilizado para a sela receptora de calor, no mínimo emparte, uma vez que a sela receptora de calor não tem que ser compatívelcom amônia (amônia deveria estar contida dentro da parede barreira) ousoldável (uma vez que ela pode ser soldada). Entre outras coisas a seleçãode BeO como um material para utilização na sela receptora de calor podeser útil na promoção de uniformidade para a temperatura superficial da fontede calor a ser resfriada, e o evaporador.A low thermal expansion coefficient (CTE) material such as BeO can be used for the heat receiving saddle, at least in part, as the heat receiving saddle does not have to be ammonia compatible (ammonia should be contained within the barrier wall). ) or weldable (since it can be welded). Among other things, selecting BeO as a material for use in the heat receiving saddle may be useful in promoting uniformity for the surface temperature of the heat source to be cooled, and the evaporator.
Utilizar materiais de baixo CTE para o evaporador tem sido de-safiante no passado, parcialmente porque a maior parte dos materiais debaixo CTE têm uma condutividade térmica baixa. Técnicas tradicionais defabricação de evaporador, tais como estampagem da carcaça receptora decalor do evaporador sobre o pavio cilíndrico, ou inserção a quente do paviocilíndrico na carcaça receptora de calor com um ajuste de interferência, nãosão factíveis se a carcaça do evaporador for feita com o material de CTErelativamente baixo. Com um material de CTE relativamente baixo, a tempe-ratura para a inserção a quente poderia ser muito elevada para fornecercontato mecânico e contato térmico adequados sob a pressão interna ele-vada de amônia. Compatibilidade entre o material e amônia é também umfator que pode impedir que alguns materiais de CTE baixo sejam utilizadospara a carcaça do evaporador.Using low CTE materials for the evaporator has been challenging in the past, partly because most materials under CTE have low thermal conductivity. Traditional evaporator manufacturing techniques, such as stamping the evaporator decal receiver housing over the cylindrical wick, or hot inserting the paviocylindrical housing into the heat receiver housing with an interference fit, are not feasible if the evaporator housing is made of the CTErelatively low. With a relatively low CTE material, the hot insert temperature could be too high to provide adequate mechanical contact and thermal contact under high internal ammonia pressure. Material-ammonia compatibility is also a factor that may prevent some low CTE materials from being used for the evaporator housing.
Em uma implementação do evaporador aqui descrito, o pavio éinserido a quente com ajuste de interferência em uma parede barreira cilín-drica de parede fina, que é então soldada a uma sela de CTE baixo, facili-tando assim a fabricação.In an implementation of the evaporator described herein, the interference-fit hot wick is inserted into a thin-walled cylindrical barrier wall, which is then welded to a low CTE saddle, thereby facilitating fabrication.
O evaporador e o sistema de transferência de calor descritosacima podem ser utilizados em sistema laser de alta energia com diversosdiodos a laser, onde espaço para resfriamento é limitado. O evaporador po-de se ajustar entre torres de diodos no sistema laser de tal modo que o sis-tema de transferência de calor pode ser projetado para ajustar dentro deuma projeção relativamente pequena, por exemplo 1 cm χ 1 cm χ 8 cm emvolume. Além disto, os evaporadores podem receber calor a partir de no mí-nimo dois lados da sela receptora de calor para acomodar requisitos de es-paço.The evaporator and heat transfer system described above may be used in a high energy laser system with multiple laser diodes where cooling space is limited. The evaporator may fit between diode towers in the laser system such that the heat transfer system can be designed to fit within a relatively small projection, for example 1 cm χ 1 cm 8 cm volume. In addition, evaporators may receive heat from at least two sides of the heat receiving saddle to accommodate space requirements.
Todo o comprimento da parede barreira cilíndrica pode ser con-figurado para receber calor, no mínimo em parte, uma vez que as portas delíquido do evaporador são formadas ao longo da parede barreira cilíndrica, euma vez que o pavio pode ser estendido substancialmente até a aresta daparede barreira cilíndrica.The entire length of the cylindrical barrier wall can be configured to receive heat, at least in part, as the evaporator liquid ports are formed along the cylindrical barrier wall, as the wick can be extended substantially to the edge. the cylindrical barrier wall.
Outros aspectos e vantagens serão evidentes a partir da descri-ção dos desenhos e das reivindicações.Other aspects and advantages will be apparent from the description of the drawings and the claims.
Descrição de DesenhosDescription of Drawings
A figura 1 é um esquema de um sistema de transferência decalor;Figure 1 is a schematic of a heat transfer system;
A figura 2 é uma vista em perspectiva de um evaporador utiliza-do no sistema de transferência de calor da figura 1;Figure 2 is a perspective view of an evaporator used in the heat transfer system of Figure 1;
A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma sela receptora decalor do evaporador da figura 2;Fig. 3 is a perspective view of a decal-receiving evaporator saddle of Fig. 2;
A figura 4 é uma vista em perspectiva de uma parede barreirado evaporador da figura 2;Fig. 4 is a perspective view of an evaporated barrier wall of Fig. 2;
A figura 5 é uma vista em perspectiva explodida da parede bar-reira da figura 4;Fig. 5 is an exploded perspective view of the barrier wall of Fig. 4;
A figura 6A é uma vista em seção transversal lateral de umatampa extrema da parede barreira da figura 4;Fig. 6A is a side cross-sectional view of an end cap of the barrier wall of Fig. 4;
A figura 6B é uma vista em perspectiva da tampa extrema dafigura 6A;Figure 6B is a perspective view of the end cap of figure 6A;
A figura 7 é uma vista em seção transversal axial de uma porçãodo evaporador da figura 2;Fig. 7 is an axial cross-sectional view of an evaporator portion of Fig. 2;
A figura 8 é uma vista em perspectiva de um pavio cilíndrico deuma parede barreira cilíndrica do evaporador da figura 2;Figure 8 is a perspective view of a cylindrical wick of a cylindrical barrier wall of the evaporator of Figure 2;
A figura 9 é uma vista em seção transversal axial de uma porçãodo evaporador da figura 2;Fig. 9 is an axial cross-sectional view of an evaporator portion of Fig. 2;
A figura 10A é uma vista em perspectiva do pavio cilíndrico dafigura 8;Figure 10A is a perspective view of the cylindrical wick of Figure 8;
A figura 10B é uma vista em seção transversal axial do paviocilíndrico da figura 10A;Fig. 10B is an axial cross-sectional view of the paviocylindrical of Fig. 10A;
A figura 10C é uma seção transversal transversa do pavio cilín-drico da figura 10A;Figure 10C is a transverse cross-section of the cylindrical wick of Figure 10A;
A figura 11 é uma vista em perspectiva de uma porção do eva-porador da figura 2;Figure 11 is a perspective view of a portion of the evaporator of Figure 2;
As figuras 12 e 13A são vistas em seção transversal axial deporções do evaporador da figura 2;Figures 12 and 13A are axial cross-sectional views of the evaporator portions of Figure 2;
A figura 13B é um esquema de uma porção do evaporador dafigura 13A;Figure 13B is a schematic of a portion of the evaporator of Figure 13A;
A figura 13C é um esquema de uma porção do evaporador dafigura 13A, eFigure 13C is a schematic of a portion of the evaporator of Figure 13A, and
A figura 14 é uma vista em perspectiva da sela receptora de ca-lor que pode ser utilizada no evaporador da figura 2.Figure 14 is a perspective view of the heat receiving saddle that may be used in the evaporator of Figure 2.
Símbolos de referência iguais nos diversos desenhos indicamelementos iguais.Equal reference symbols in the various drawings indicate equal elements.
Descrição detalhadaDetailed Description
Fazendo referência à figura 1, um sistema de transferência decalor 100 inclui um evaporador 105 e um condensador 110 acoplado ao e-vaporador 105 por meio de uma linha de líquido 115 e de uma linha de va-por 120. O condensador 110 está em comunicação térmica com um dissipa-dor de calor ou um radiador e está ligado hidraulicamente ao sub-resfriador125, e o evaporador 105 está em comunicação térmica com uma fonte decalor (não mostrado). O sistema de transferência de calor 100 inclui um re-servatório 130 acoplado à linha de líquido 115 para conter pressão adicio-nal, como necessário. O reservatório 130 está ligado hidraulicamente aocondensador 110. O sistema de transferência de calor 100 também incluialguma espécie de sistema de bombeamento tal como, por exemplo, umabomba mecânica 135. Embora o sistema 100 esteja mostrado como tendoum segundo evaporador 107 o sistema 100 pode ser projetado com um úni-co evaporador 105 ou uma pluralidade de evaporadores em uma rede defluido, como discutido abaixo. No projeto da figura 1 os evaporadores 105,107 são conectados em série e de tal modo que líquido escoa para o interiordo evaporador 105 a partir do condensador 110 e então para fora do evapo-rador 107 e para o interior do evaporador 105.O líquido fornecido para cada evaporador (seja a partir do con-densador ou a partir do evaporador precedente na rede) pode ser auxiliadocom uma bomba mecânica 135 para empurrar líquido no sentido dos evapo-radores. Os evaporadores na rede podem ser conectados em série comuma tubulação 145 que permite que líquido a partir do evaporador 107 es-coe para o próximo evaporador 105 na série. O líquido que sai do último e-vaporador 105 na série escoa através de uma linha separada 150 ou para ocondensador 110, o reservatório 130 ou o sub-resfriador 125. As portas devapor 220 dos evaporadores 105, 107 podem ser unidas juntas com umalinha de vapor 155 para formar de maneira efetiva uma única linha de vaporque conduz o vapor gerado por ambos os evaporadores 105, 107 para ocondensador110.Referring to Figure 1, a heat transfer system 100 includes an evaporator 105 and a capacitor 110 coupled to the e-vaporizer 105 by means of a liquid line 115 and a shuttle line 120. The capacitor 110 is in communication. with a heat sink or radiator and is hydraulically connected to the subcooler125, and the evaporator 105 is in thermal communication with a heat source (not shown). Heat transfer system 100 includes a reservoir 130 coupled to liquid line 115 to contain additional pressure as required. Reservoir 130 is hydraulically connected to condenser 110. Heat transfer system 100 also includes some sort of pumping system such as, for example, a mechanical pump 135. Although system 100 is shown as having a second evaporator 107 system 100 can be designed. with a single evaporator 105 or a plurality of evaporators in a fluid network, as discussed below. In the design of Figure 1 the evaporators 105,107 are connected in series and such that liquid flows into the evaporator 105 from the condenser 110 and then out of the evaporator 107 and into the evaporator 105. The liquid supplied to each evaporator (either from the condenser or from the preceding evaporator in the network) can be assisted with a mechanical pump 135 to push liquid towards the evaporators. The evaporators in the network can be connected in series with a pipe 145 which allows liquid from evaporator 107 to co-flow to the next evaporator 105 in the series. The liquid exiting the last e-vaporizer 105 in the series flows through a separate line 150 or to the condenser 110, the reservoir 130 or the subcooler 125. The evaporator ports 220 of the evaporators 105, 107 may be joined together with a line of steam 155 to effectively form a single vapor line which conducts the steam generated by both evaporators 105, 107 to condenser 110.
Em geral, o fluxo de vapor é acionado pela pressão capilar de-senvolvida dentro do evaporador 105, e o calor a partir da fonte de calor érejeitado pela condensação de vapor na tubulação distribuída através docondensador 110 e do sub-resfriador 125. Adicionalmente a bomba mecâni-ca 135 ajuda a bombear líquido de volta para o evaporador 105.In general, the steam flow is driven by the capillary pressure developed within the evaporator 105, and heat from the heat source is rejected by the condensation of steam in the tubing distributed through the condenser 110 and the sub-cooler 125. Additionally the pump Mechanism 135 helps to pump liquid back into the evaporator 105.
Se dois ou mais evaporadores 105, 107 são utilizados no siste-ma 100, então um regulador de contrapressão 140 ou um regulador de fluxo(não mostrado) pode ser utilizado no sistema 100 para conseguir fluxo uni-forme de fluido para sustentar operação mais estável. Como mostrado nafigura 1, o regulador de contrapressão 140 é posicionado na linha de vapor120 antes do condensador 110. Um regulador de fluxo é posicionado na li-nha de líquido 115 entre o condensador 110 e o primeiro evaporador na sé-rie de evaporadores.If two or more evaporators 105, 107 are used in system 100, then a back pressure regulator 140 or a flow regulator (not shown) may be used in system 100 to achieve uniform fluid flow to sustain more stable operation. . As shown in Figure 1, the backpressure regulator 140 is positioned in the steam line 120 before condenser 110. A flow regulator is positioned in the liquid line 115 between condenser 110 and the first evaporator in the evaporator series.
Fazendo referência à figura 2, o evaporador 105 inclui uma pa-rede barreira 200 para encerrar fluido de trabalho dentro do evaporador 105,uma sela receptora de calor 205 que cobre no mínimo parte da superfícieexterna da parede barreira 200, um pavio cilíndrico (não mostrado na figura2 porém mostrada nas figuras 7-10C) dentro da parede barreira 200, umaporta de entrada de líquido 210 que se estende através da parede barreira200 e através do pavio cilíndrico, uma porta de saída de líquido 215 que seestende através da parede barreira 200 e para o interior do pavio cilíndrico,e uma porta de vapor 220 que se estende através da parede barreira 200. Oevaporador 105 pode ser feito para suportar uma carga térmica de 800 W(que pode ser distribuída como 400 W em uma superfície do evaporador105 e como 400 W em uma outra superfície do evaporador 105) e ter umacondutância de calor de cerca de 30 W/K ou mais. Além disto, amônia é par-ticularmente útil como um fluido de trabalho quando o evaporador 105 operana faixa de temperatura de -40 ° centígrados até +100 ° centígrados, e nomínimo em parte uma vez que a amônia opera bem nesta faixa de temperatura.Referring to Figure 2, the evaporator 105 includes a barrier wall 200 for enclosing working fluid within the evaporator 105, a heat-receiving saddle 205 that covers at least part of the outer surface of the barrier wall 200, a cylindrical wick (not shown 2 but shown in Figures 7-10C) within the barrier wall 200, a liquid inlet port 210 extending through the barrier wall200 and through the cylindrical wick, a liquid outlet port 215 extending through the barrier wall 200 and into the cylindrical wick, and a vapor port 220 extending through the barrier wall 200. The evaporator 105 may be made to withstand a thermal load of 800 W (which may be distributed as 400 W on an evaporator surface 105 and as 400 W on another evaporator surface 105) and have a heat conductance of about 30 W / K or more. In addition, ammonia is particularly useful as a working fluid when the evaporator 105 operates at a temperature range from -40 ° C to + 100 ° C, and is partly because ammonia operates well in this temperature range.
Também fazendo referência à figura 3, a sela receptora de calor205 tem, no mínimo, uma superfície externa 300 que é configurada parareceber calor a partir da fonte de calor em uma maneira eficiente. Por e-xemplo, se a fonte de calor é uma fonte de calor plana, então a superfíciereceptora de calor 300 pode ser configurada como uma superfície plana, oque possibilita boa condutância térmica entre a superfície 300 e a fonte decalor. A sela receptora de calor 205 pode ter duas superfícies externas 300para receber calor a partir de uma fonte de calor com diversas superfíciesou para receber calor a partir de duas ou três fontes térmicas diferentes. Asela receptora de calor 205 tem uma superfície interna 305 que tem umaforma que é complementar à forma da parede barreira 200. Como mostrado,a superfície interna 305 é cilíndrica. Além disto, a sela receptora de calor205 define uma abertura axial 310 ao longo de um lado da sela 205. A aber-tura axial 310 permite uma montagem mais fácil ou mais conveniente dasela com o evaporador com as portas 210, 215 e 220 soldadas à paredebarreira 200. Em uma implementação, a sela receptora de calor 205 é feitade um material que tem um coeficiente de expansão térmica abaixo de cer-ca de 9,0 ppm/K a 20 0C e é feita de um material que está dentro de cercade 2 vezes a magnitude do coeficiente de expansão térmica da fonte térmicade calor aplicada à sela receptora de calor 205. Por exemplo, se a fonte decalor tem um CTE de cerca de 3 ppm/K a 20 °C, então a sela receptora decalor pode ser feita de cerca de 99,5% de oxido de berilo (BeO) que tem umcoeficiente de expansão térmica de cerca de 6,4 ppm/K a 20 °C. Além disto,BeO tem uma condutibiiidade térmica de quase cerca de 250 W/(m-K). Asela receptora de calor 205 pode também ser revestida com níquel ou qual-quer outro material condutor adequado. A sela receptora de calor 205 podeser fabricada por moldagem ou usinagem.Also referring to Figure 3, the heat receiving saddle205 has at least one outer surface 300 which is configured to receive heat from the heat source in an efficient manner. For example, if the heat source is a flat heat source, then the heat receiving surface 300 may be configured as a flat surface, which enables good thermal conductance between the surface 300 and the heat source. Heat receiving saddle 205 may have two outer surfaces 300 for receiving heat from a multi-surface heat source or for receiving heat from two or three different thermal sources. The heat receiving wing 205 has an inner surface 305 having a shape that is complementary to the shape of the barrier wall 200. As shown, the inner surface 305 is cylindrical. In addition, the heat receiving saddle 205 defines an axial opening 310 along one side of the saddle 205. The axial opening 310 allows for easier or more convenient mounting of the saddle with the evaporator with ports 210, 215 and 220 welded to 200. In one implementation, the heat-receiving saddle 205 is made of a material that has a coefficient of thermal expansion below about 9.0 ppm / K at 20 ° C and is made of a material that is enclosed. 2 times the magnitude of the thermal expansion coefficient of the heat source heat applied to the heat receiving saddle 205. For example, if the decal source has a CTE of about 3 ppm / K at 20 ° C, then the decal receiving saddle may be It is made of about 99.5% beryl oxide (BeO) which has a coefficient of thermal expansion of about 6.4 ppm / K at 20 ° C. In addition, BeO has a thermal conductivity of about 250 W / (m-K). The heat receiving housing 205 may also be coated with nickel or any other suitable conductive material. The heat receiving saddle 205 may be manufactured by molding or machining.
Fazendo também referência às figuras 4 e 5, a parede barreira200 pode ser configurada como uma carcaça estanque a vácuo que contémo fluido de trabalho e que está em contato térmico e íntimo com a sela re-ceptora de calor 205. A parede barreira 200 inclui uma parede barreira cilín-drica 400, um conjunto de tampas extremas 405 que se ajustam em umaextremidade 410 da parede barreira cilíndrica 400. A parede barreira cilíndri-ca 400 inclui uma superfície interna 510 que define uma abertura axial cen-tral 515 para receber o pavio cilíndrico (como mostrado nas figuras 7-1-C) euma superfície cilíndrica externa 505 que é dimensionada para ajustar den-tro da sela receptora de calor 205 e contatar a superfície interna 305. A pa-rede barreira cilíndrica 400 é ligada de maneira metalúrgica, por exemplopor meio de brazagem, à sela receptora de calor 205 ao longo de todo o seucomprimento. A resistência térmica na interface de brazagem é menor doque cerca de 0,1 K-cm2/W, que resulta em uma diferença de temperaturacorrespondente de menos do que cerca de 5 K para um fluxo de calor decerca de 50 W/cm2. A parede barreira cilíndrica 400 também é configuradapara definir furos 420, 425, 430 através dos quais passam as respectivasportas 210, 220, 215. Os furos 420, 425, 430 são dimensionados para aco-modar o diâmetro externo das respectivas portas 210, 220 e 215. A paredebarreira cilíndrica 400 é feita de qualquer material de contenção de fluidoadequado, tal como, por exemplo, níquel.Referring also to FIGS. 4 and 5, the barrier wall200 may be configured as a vacuum-tight housing that contains the working fluid and is in thermal and intimate contact with the heat-receiving saddle 205. The barrier wall 200 includes a cylindrical barrier wall 400, a set of end caps 405 that fit into one end 410 of cylindrical barrier wall 400. cylindrical barrier wall 400 includes an inner surface 510 that defines a central axial opening 515 to receive the wick Cylindrical (as shown in Figures 7-1-C) an outer cylindrical surface 505 that is sized to fit within the heat-receiving saddle 205 and contact the inner surface 305. The cylindrical barrier wall 400 is metallurgically bonded , for example by brazing, to the heat receiving saddle 205 throughout its length. The thermal resistance at the brazing interface is less than about 0.1 K-cm2 / W, which results in a corresponding temperature difference of less than about 5 K for a heat flux of about 50 W / cm2. The cylindrical barrier wall 400 is also configured to define holes 420, 425, 430 through which the respective doors 210, 220, 215 pass. Holes 420, 425, 430 are sized to accommodate the outside diameter of the respective ports 210, 220 and 215. The cylindrical wall 400 is made of any suitable fluid containing material, such as, for example, nickel.
Também fazendo referência às figuras 6A, 6B e 7, as tampasextremas 405 incluem uma superfície plana 600, uma superfície plana ex-terna 605, uma superfície cilíndrica externa 610 e uma superfície cônica615. Uma largura 620 entre a superfície plana interna 600 e a superfícieplana externa 605 pode ser cerca de 0,25 mm. Como mencionado, as tam-pas extremas 405 ajustam na extremidade da parede barreira cilíndrica 400de tal modo que a superfície plana externa 605 e a superfície cilíndrica ex-terna 610 são externas à abertura axial central 515, a superfície cônica 615encontra a abertura axial central 515 e a superfície plana interna 600 conta-ta a extremidade da parede barreira cilíndrica 400. As tampas extremas 405são presas à extremidade da parede barreira cilíndrica 400 por uma solda700, de tal modo que as tampas extremas 405 vedam de maneira herméticao fluido de trabalho dentro da parede barreira cilíndrica 400. A solda 700 seestende a partir da parede barreira cilíndrica 400 sobre a superfície cilíndricaexterna 610. As tampas extremas 405 podem ser feitas de aço inoxidável ouqualquer material adequado que possa ser preso à parede barreira cilíndrica 400.Also referring to Figures 6A, 6B and 7, end caps 405 include a flat surface 600, an external flat surface 605, an outer cylindrical surface 610 and a conical surface 615. A width 620 between the inner flat surface 600 and the outer flat surface 605 may be about 0.25 mm. As mentioned, the end caps 405 fit into the end of the cylindrical barrier wall 400 such that the outer flat surface 605 and the outer cylindrical surface 610 are external to the central axial opening 515, the conical surface 615 meets the central axial opening 515 and the inner flat surface 600 counts the end of the cylindrical barrier wall 400. The end caps 405 are secured to the end of the cylindrical barrier wall 400 by a weld 700, such that the end caps 405 hermetically seal the working fluid within the cylindrical barrier wall 400. The weld 700 extends from the cylindrical barrier wall 400 onto the outer cylindrical surface 610. The end caps 405 may be made of stainless steel or any suitable material that may be attached to the cylindrical barrier wall 400.
Fazendo também referência às figuras 8, 9, 10A, 10B e 10C, oevaporador 105 inclui o pavio cilíndrico 800 que é abrigado dentro da abertu-ra axial central 515 da parede barreira cilíndrica 400. O pavio cilíndrico 800inclui uma superfície externa 805 que é conformada para ajustar dentro daabertura axial central 515. A superfície interna 510 que define a aberturaaxial central 515 pode ser alargada e polida e a superfície externa 805 dopavio pode ser usinada para facilitar contato térmico entre o pavio 800 e aparede barreira cilíndrica 400.Referring also to Figures 8, 9, 10A, 10B and 10C, the evaporator 105 includes the cylindrical wick 800 which is housed within the central axial opening 515 of the cylindrical barrier wall 400. The cylindrical wick 800 includes an outer surface 805 which is shaped to fit within central axial aperture 515. Inner surface 510 defining central axial aperture 515 may be widened and polished and outer surface 805 of the port may be machined to facilitate thermal contact between wick 800 and cylindrical barrier 400.
O pavio cilíndrico 800 também inclui uma superfície interna 815que define um canal axial central 820 que mantém fluido de trabalho e assuperfícies laterais 810 que conectam a superfície interna 815 à superfícieexterna 805. Uma vez que a superfície interna 815 é mais curta na direçãoaxial do que a superfície externa 805, as superfícies laterais 810 são inclina-das para receber as tampas extremas 405. Além disto, uma vez que astampas extremas 405 são conformadas de maneira cônica e têm uma largu-ra 620 que é fina em relação ao lado global das tampas extremas 405, asuperfície externa 805 do pavio 800 se estende a partir de ou junto de umaaresta da parede barreira cilíndrica 400 até ou próximo a uma outra arestada parede barreira cilíndrica 400 tal como, por exemplo, dentro de 0,25 mmda aresta da parede barreira cilíndrica 400. Configurado desta maneira, olíquido de trabalho dentro do evaporador 105 pode escoar através de todo ocomprimento da parede barreira cilíndrica 400, que recebe o calor atravésda sela receptora de calor 205.Cylinder 800 also includes an inner surface 815 which defines a central axial channel 820 which holds working fluid and side surfaces 810 that connect inner surface 815 to outer surface 805. Since inner surface 815 is shorter in the axial direction than outer surface 805, the side surfaces 810 are inclined to receive the end caps 405. In addition, since the end caps 405 are conically shaped and have a width 620 which is thin with respect to the overall side of the covers. 405, the external surface 805 of wick 800 extends from or near a cylindrical barrier wall edge 400 to or near another edge cylindrical barrier wall 400 such as, for example, within 0.25 mm of the barrier wall edge 400. Configured in this manner, the working liquid within the evaporator 105 can flow through the entire length of the barrier wall. 400, which receives heat through the heat receiving saddle 205.
O pavio 800 também inclui ranhuras de vapor circunferenciais825 formadas na e que se envolvem ao redor da superfície externa 805 e nomínimo um canal de vapor axial externo 830 formado na superfície externa805. As ranhuras de vapor circunferenciais 825 são conectadas diretamenteao canal de vapor axial externo 830 que conecta a uma passagem porta devapor 835. Também fazendo referência à figura 10B, o pavio 800 é feito deum material que tem poros 1000 que tem raios 1005 para promover fluxocapilar de líquido. Os raios 1005 podem ter desde cerca de um até diversosmicra e, em uma implementação na qual o pavio 800 é feito de titânio, osporos 1000 têm raios 1005 de cerca de 1,5 μιτι.The wick 800 also includes circumferential steam grooves 825 formed in and wrapping around the outer surface 805 and is named an outer axial steam channel 830 formed on the outer surface 805. The circumferential steam grooves 825 are directly connected to the external axial steam channel 830 which connects to a vapor port passage 835. Also referring to Figure 10B, wick 800 is made of a material having pores 1000 having radii 1005 to promote flow through the capillary. liquid. Spokes 1005 can range from about one to several microns, and in an implementation in which fuse 800 is made of titanium, spores 1000 have radii 1005 of about 1.5 μιτι.
A passagem porta de vapor 835 é acoplada diretamente à portade vapor 220. A porta de vapor 220 se estende através do furo 425 da pare-de barreira cilíndrica 400 e termina adjacente à passagem porta de vapor835 do pavio 800. A porta de vapor 220 é vedada de maneira hermética àparede barreira cilíndrica 400 soldando a porta de vapor 220 à parede bar-reira cilíndrica 400 no furo 425. A porta de vapor 220 pode ser um tubo deparede simples feito de um material que é adequado para a vedação hermé-tica tal como aço inoxidável.The steam port 835 is directly coupled to the steam port 220. The steam port 220 extends through the bore 425 of the cylindrical barrier wall 400 and terminates adjacent to the steam port 835 of wick 800. The steam port 220 is hermetically sealed to the cylindrical barrier wall 400 by welding the vapor port 220 to the cylindrical barrier wall 400 in the bore 425. The vapor port 220 may be a single walled tube made of a material which is suitable for the hermetic seal such as like stainless steel.
O pavio também inclui passagens porta de líquido 840, 845 quesão diretamente acopladas, respectivamente, às portas de líquido 210, 215de tal modo que as portas de líquido 210, 215 se estendem através daspassagens 840, 845 e abrem para o canal axial central 820. Fazendo tam-bém referência às figuras 11 a 13, cada uma das portas de líquido 210, 215é projetada como um conjunto de parede dupla que tem um tubo interno1100 e uma luva externa 1105 onde o tubo interno está dentro da luva ex-terna 1105 e ambos, o tubo interno 1100 e a luva externa 1105 se estendemao longo do eixo da porta de líquido 210, 215. Uma primeira região 1110 dotubo interno 1100 é presa e é hermeticamente vedada à luva externa 1105por meio de, por exemplo, soldar o tubo interno 1100 à luva externa 1105 naprimeira região 1110. Uma segunda região 1115 do tubo interno 1100 é ve-dada ao pavio 800. Fazendo também referência à figura 13B, a segundaregião 1115 do tubo interno 1100 é vedada ao pavio cilíndrico 800 de talmaneira que um espaço 1010 entre o tubo interno 1100 na segunda região1115 e o pavio cilíndrico 800 é menor do que o raio 1005 dos poros 1000dentro do pavio cilíndrico 800. Por exemplo, a segunda região 1115 podeser soldada diretamente ao pavio 800, a segunda a região 1115 pode sercomprimida de maneira mecânica ao pavio 800, ou a segunda a região 1115pode ser ajustada prensada ao pavio. A luva externa 1105 é presa à paredebarreira cilíndrica 400, por exemplo, por meio de soldagem. A primeira regi-ão 1110 do tubo interno 1100 pode ser feita de um primeiro metal tal comoaço inoxidável e a segunda região 1115 do tubo interno 1100 pode ser feitade um segundo metal tal como titânio, ou qualquer material adequado paraa vedação ao pavio 800. A primeira região 1110 pode ser unida com a se-gunda região 1115 utilizando uma técnica de soldagem em atrito na qualuma ligação metalúrgica é formada entre a primeira região 1110 e a segun-da região 1115. A luva externa 1105 pode ser feita de aço inoxidável ou níquel.The wick also includes liquid port passages 840, 845 which are directly coupled, respectively, to liquid ports 210, 215 such that liquid ports 210, 215 extend through passages 840, 845 and open to central axial channel 820. Referring also to Figures 11 to 13, each of the liquid ports 210, 215 is designed as a double wall assembly having an inner tube 1100 and an outer sleeve 1105 where the inner tube is within the outer sleeve 1105 and both the inner tube 1100 and the outer sleeve 1105 extend the long axis of the liquid port 210, 215. A first region 1110 of the inner tube 1100 is secured and is hermetically sealed to the outer sleeve 1105 by, for example, welding the tube. 1100 to the outer sleeve 1105 in the first region 1110. A second region 1115 of the inner tube 1100 is provided to wick 800. Referring also to Figure 13B, the second region 1115 of the inner tube 1100 is sealed to wick 800 so that a space 1010 between the inner tube 1100 in the second region 1115 and the cylindrical wick 800 is smaller than the radius 1005 of the pores 1000 within the cylindrical wick 800. For example, the second region 1115 may be welded directly to wick 800, the second region 1115 may be mechanically compressed to wick 800, or the second region 1115 may be fitted pressed to the wick. The outer sleeve 1105 is secured to the cylindrical wall 400, for example by welding. The first region 1110 of inner tube 1100 may be made of a first metal such as stainless steel and the second region 1115 of inner tube 1100 may be made of a second metal such as titanium, or any material suitable for sealing to wick 800. The first region 1110 may be joined with the second region 1115 using a friction welding technique in which a metallurgical bond is formed between the first region 1110 and the second region 1115. The outer sleeve 1105 may be made of stainless steel or nickel.
O evaporador 105 também inclui um conjunto de tampões 850que se ajustam dentro do canal axial central 820. Os tampões 850 são feitosde um material sólido que é compatível para a ligação ao pavio 800, por e-xemplo, se o pavio é feito de titânio os tampões 850 podem ser feitos detitânio ou qualquer material adequado para vedar ao pavio 800. Os tampões850 podem ser soldados diretamente ao pavio 800, os tampões 850 podemser comprimidos mecanicamente para o pavio 800 ou os tampões 850 po-dem ser ajustados prensados no pavio 800. Os tampões 850 são presos àsuperfície interna 815 do pavio 800 por soldagem ou qualquer outro meca-nismo de vedação apropriado, que impede que quaisquer fluidos escoementre os tampões 850 o pavio. Fazendo também referência à figura 13C, otampão 850 é preso ao pavio cilíndrico 800 de tal maneira que um espaço1050 entre o tampão 850 e o pavio cilíndrico 800 é menor do que o raio1005 dos poros 1000 dentro do pavio cilíndrico 800.Evaporator 105 also includes a set of plugs 850 that fit within the central axial channel 820. Plugs 850 are made of a solid material that is compatible for bonding to wick 800, for example if the wick is made of titanium. plugs 850 may be made of titanium or any suitable material to seal wick 800. Plugs 850 may be welded directly to fuse 800, plugs 850 may be mechanically compressed to fuse 800 or plugs 850 may be fitted pressed into fuse 800. The plugs 850 are secured to the inner surface 815 of wick 800 by welding or any other suitable sealing mechanism, which prevents any fluids from draining the plugs 850 from the wick. Referring also to Figure 13C, plug 850 is secured to cylindrical wick 800 such that a gap 1050 between plug 850 and cylindrical wick 800 is smaller than the radius 1005 of pores 1000 within cylindrical wick 800.
Em operação, um sistema de transferência de calor 100 transfe-re calor de uma fonte de calor adjacente à sela receptora de calor 205 doevaporador 105 para o condensador 110. Fluido de trabalho a partir do con-densador 110 escoa através da porta de entrada de líquido 210 através daporta de passagem de líquido 840 do pavio 800 e para o interior do canalaxial central 820 que atua como um canal de fluxo de líquido. O líquido es-coa através do pavio 800 quando calor é aplicado ou introduzido para a selareceptora de calor 205 e, portanto, para a superfície cilíndrica externa 505da parede barreira cilíndrica 400. O líquido evapora formando vapor que es-tá livre para escoar ao longo das ranhuras de vapor circunferenciais 825 aolongo do canal de vapor axial externo 830 (ver figura de 10C), a passagemde porta de vapor 835 e a porta de vapor 225 até a linha de vapor 120.In operation, a heat transfer system 100 transfers heat from a heat source adjacent to the heat-receiving saddle 205 of the evaporator 105 to the condenser 110. Working fluid from the condenser 110 flows through the heat inlet port. 210 through the liquid passage port 840 of wick 800 and into the central axial channel 820 which acts as a liquid flow channel. The liquid flows through wick 800 when heat is applied or introduced to the heat seal 205 and therefore to the outer cylindrical surface 505 of the cylindrical barrier wall 400. The liquid evaporates to form vapor which is free to flow along from the circumferential steam slots 825 along the external axial steam channel 830 (see figure 10C), the steam port passage 835 and the steam port 225 to the steam line 120.
Substancialmente, toda a superfície cilíndrica externa 505 da parede barrei-ra cilíndrica 400 atua como uma superfície absorvedora de calor, uma vezque o pavio 800 é projetado para se estender até aproximadamente a ex-tremidade da parede barreira cilíndrica 400, possibilitando assim a transfe-rência de calor na extremidade.Substantially, the entire outer cylindrical surface 505 of the cylindrical barrier wall 400 acts as a heat-absorbing surface, since wick 800 is designed to extend to approximately the extremity of cylindrical barrier wall 400, thereby enabling transfer. heat at the end.
Como mencionado acima na figura 1, diversos evaporadoresque têm o projeto do evaporador 105 podem ser conectados em uma redede fluxo de fluido no sistema de transferência de calor 100. Estes diversosevaporadores 105 podem ser conectados ou em série como mostrado nafigura 1, ou em paralelo, de tal maneira que o líquido de trabalho pode es-coar para dentro e para fora de cada evaporador através das portas de lí-quido. Uma rede de fluxo de fluido em paralelo está mostrada, por exemplo,na figura 7 do Pedido U.S. No. 10/602.022, que é aqui incorporado para re-ferência em sua totalidade. A taxa de fluxo de massa de líquido para o inte-rior dos evaporadores na rede é controlada por meio do sistema de bombe-amento. A taxa de fluxo de massa de líquido para um dos evaporadores narede deveria exceder a taxa de fluxo de massa de vapor que sai do evapo-rador, de tal modo que a taxa de fluxo de massa de líquido que sai de cadaevaporador é maior do que zero.As mentioned above in Figure 1, various evaporators having evaporator design 105 may be connected in a fluid flow network in heat transfer system 100. These various evaporators 105 may be connected either in series as shown in Figure 1, or in parallel, such that the working liquid can flow into and out of each evaporator through the liquid ports. A parallel fluid flow network is shown, for example, in Figure 7 of U.S. Application No. 10 / 602,022, which is incorporated herein by reference in its entirety. The mass flow rate of liquid to the interior of the evaporators in the network is controlled by the pumping system. The liquid mass flow rate for one of the evaporators should exceed the vapor mass flow rate leaving the evaporator, such that the liquid mass flow rate leaving each evaporator is greater than zero.
Outras implementações estão dentro do escopo das reivindica-ções a seguir.Os materiais para o evaporador 105 podem ser escolhidos paramelhorar desempenho operacional do evaporador 105 para uma faixa ope-racional particular de temperatura.Other implementations are within the scope of the following claims. Materials for evaporator 105 may be chosen to improve operating performance of evaporator 105 for a particular operating temperature range.
Como menção, o pavio cilíndrico 800 pode ser feito de qualquermaterial poroso adequado, tal como, por exemplo, níquel, aço inoxidável,Teflon poroso ou polietileno poroso.As a mention, the cylindrical wick 800 may be made of any suitable porous material such as, for example, nickel, stainless steel, porous Teflon or porous polyethylene.
Em uma outra implementação, o sistema de bombeamento parasistema de transferência de calor 100 pode incluir uma circuito secundáriaque inclui um evaporador secundário. Adicionalmente, o evaporador 105pode incluir um pavio secundário para varrer bolhas de vapor para fora dopavio e para a circuito secundária. Desta maneira, bolhas de vapor que seformam dentro do canal axial central 820 podem ser varridas para fora docanal 820 através de uma passagem de vapor e para a uma saída de fluido.In another implementation, the heat transfer system pumping system 100 may include a secondary circuit including a secondary evaporator. Additionally, evaporator 105 may include a secondary wick to sweep vapor bubbles out of the port and into the secondary circuit. In this way, vapor bubbles forming within the central axial channel 820 can be swept out of channel 820 through a vapor passage and to a fluid outlet.
Em um tal projeto, o pavio secundário atua para separar o vapor e líquidodentro do canal axial central 820 do pavio 800. Tal projeto está mostrado,por exemplo, no Pedido U.S. No. 10/602.022.In such a design, the secondary wick acts to separate vapor and liquid within the central axial channel 820 from wick 800. Such a design is shown, for example, in U.S. Application No. 10 / 602,022.
Fazendo referência à figura 14, uma sela receptora de calor1405 pode ser projetada com aberturas discretas 1410, 1415, 1420 ao longode um lado 1425 da sela. As aberturas discretas 1410, 1415, 1420 são ali-nhadas respectivamente com as portas 210, 215, 220 para permitir as por-tas se estenderem através da sela receptora de calor 1405.Referring to Figure 14, a heat receiving saddle 1405 may be designed with discrete openings 1410, 1415, 1420 along one side 1425 of the saddle. The discrete openings 1410, 1415, 1420 are aligned respectively with doors 210, 215, 220 to allow the doors to extend through the heat receiving saddle 1405.
O reservatório 130 pode ser deslocado a frio para o condensa-dor 110 ou o radiador 125, e pode ser controlado com aquecimento adicional.The reservoir 130 may be cold moved to the condenser 110 or the radiator 125, and may be controlled with additional heating.
Ao invés de fazer a tampa 405 e o tampão 850 como peças se-paradas, a tampa e o tampão podem ser feitos como uma peça integrada.Instead of making cap 405 and cap 850 as separate parts, cap and cap can be made as one integral part.
Por exemplo, a tampa pode incluir uma saliência tampão dentro da aberturaaxial central e presa ao pavio cilíndrico.For example, the cap may include a buffer protrusion within the central axial aperture and secured to the cylindrical wick.
As ranhuras de vapor circunferenciais não precisam ser forma-das isoladamente e para o interior da superfície externa do pavio. As ranhu-ras de vapor circunferenciais podem ser definidas ao longo da interface en-tre o pavio e a parede barreira cilíndrica. Por exemplo, as ranhuras de vaporcircunferenciais podem ser formadas para o interior da superfície interna daparede barreira cilíndrica, porém não para o interior da superfície externa dopavio. Como um outro exemplo, as ranhuras de vapor circunferenciais po-dem ser parcialmente formadas para o interior da superfície interna da pare-de barreira cilíndrica e parcialmente formadas para o interior da superfícieexterna do pavio.Circumferential steam grooves need not be formed in isolation and into the outside surface of the wick. Circumferential steam grooves may be defined along the interface between the wick and the cylindrical barrier wall. For example, the circumferential vapor grooves may be formed within the inner surface of the cylindrical barrier wall, but not within the outer surface of the port. As another example, the circumferential steam grooves may be partially formed into the inner surface of the cylindrical barrier wall and partially formed into the outer surface of the wick.
O canal de vapor axial externo não precisa ser formado isola-damente para o interior da superfície externa do pavio. O canal de vaporaxial externo pode ser definido ao longo da interface entre o pavio e a pare-de barreira cilíndrica. Por exemplo, o canal de vapor axial externo pode serformado para o interior da superfície interna da parede barreira cilíndrica,porém não para o interior da superfície externa do pavio. Como um outroexemplo, o canal de vapor axial externo pode ser formado parcialmente parao interior da superfície interna da parede barreira cilíndrica e parcialmenteformado para o interior da superfície externa do pavio.The external axial vapor channel need not be formed inwardly from the outside surface of the wick. The outer vaporaxial channel can be defined along the interface between the wick and the cylindrical barrier wall. For example, the external axial vapor channel may be formed within the inner surface of the cylindrical barrier wall, but not within the outer surface of the wick. As another example, the external axial vapor channel may be formed partially inwardly of the inner surface of the cylindrical barrier wall and partially formed inwardly of the outer surface of the wick.
Claims (55)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0809058 BRPI0809058A2 (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | evaporator for use in heat transfer system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0809058 BRPI0809058A2 (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | evaporator for use in heat transfer system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0809058A2 true BRPI0809058A2 (en) | 2010-10-19 |
Family
ID=42962656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BRPI0809058 BRPI0809058A2 (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | evaporator for use in heat transfer system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BRPI0809058A2 (en) |
-
2008
- 2008-06-13 BR BRPI0809058 patent/BRPI0809058A2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2632725C (en) | Evaporator for use in a heat transfer system | |
| KR950014044B1 (en) | Integral heat pipe heat exchanger and clamping plate | |
| CA2425586C (en) | Heat exchanger having improved header | |
| US9146058B2 (en) | Two-phase heat transfer system including a thermal capacitance device | |
| EP2687319B1 (en) | Gravity circuit heat pipe radiator, condenser and preparation process | |
| KR102077565B1 (en) | Shell and tube type heat exchanger and Manufacturing method of the same | |
| ES2658215T3 (en) | Laboratory condensers with passive heat exchange | |
| US10054371B2 (en) | Thermosiphon with integrated components | |
| ES2305643T3 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A HEAT TRANSFER DEVICE. | |
| US10240873B2 (en) | Joint assembly of vapor chambers | |
| WO2013023279A1 (en) | Two-phase heat transfer apparatus | |
| US7347250B2 (en) | Loop heat pipe | |
| US11788796B2 (en) | Heat conduction device with inner loop | |
| JPH0810205Y2 (en) | heat pipe | |
| BRPI0809058A2 (en) | evaporator for use in heat transfer system | |
| EP3203512B1 (en) | Heat spreader and power module | |
| US20220155022A1 (en) | Heat dissipation device | |
| CN115507686A (en) | Heat pipe | |
| CN111818756B (en) | Heat exchanger with integrated two-phase radiator | |
| JP7385038B2 (en) | Plate for heat exchanger and plate heat exchanger with integrated dryer | |
| JP2003148884A (en) | Loop heat pipe | |
| US20230180438A1 (en) | Server and heat exchanger | |
| JPH03117891A (en) | Heat pipe | |
| CN112503983A (en) | Gravity thermosiphon radiator and machining method thereof | |
| KR0136372Y1 (en) | Heat exchanger |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
| B08F | Application fees: dismissal - article 86 of industrial property law |
Free format text: REFERENTE A 8A ANUIDADE. |
|
| B08K | Lapse as no evidence of payment of the annual fee has been furnished to inpi (acc. art. 87) |
Free format text: EM VIRTUDE DO ARQUIVAMENTO PUBLICADO NA RPI 2385 DE 20-09-2016 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDO O ARQUIVAMENTO DO PEDIDO DE PATENTE, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |