EA030562B1 - Пассивный двухфазный охлаждающий контур - Google Patents

Пассивный двухфазный охлаждающий контур Download PDF

Info

Publication number
EA030562B1
EA030562B1 EA201691876A EA201691876A EA030562B1 EA 030562 B1 EA030562 B1 EA 030562B1 EA 201691876 A EA201691876 A EA 201691876A EA 201691876 A EA201691876 A EA 201691876A EA 030562 B1 EA030562 B1 EA 030562B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
condenser
evaporator
cooling circuit
pipe
liquid
Prior art date
Application number
EA201691876A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201691876A1 (ru
Inventor
Томас Фукс
Лео Орнот
Маркус Рек
Маттиас Ройтер
Original Assignee
Арефа Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Арефа Гмбх filed Critical Арефа Гмбх
Publication of EA201691876A1 publication Critical patent/EA201691876A1/ru
Publication of EA030562B1 publication Critical patent/EA030562B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20309—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/025—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes having non-capillary condensate return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20318—Condensers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20327—Accessories for moving fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/02—Details of evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/13—Vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D2015/0216—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes having particular orientation, e.g. slanted, or being orientation-independent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/12—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overpressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/30—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing vibrations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к пассивному двухфазному охлаждающему контуру (2), содержащему испаритель (6) и конденсатор (18) для проходящего в охлаждающем контуре (2) охлаждающего средства, при этом с испарителем (6) соединены подводящий трубопровод (4) испарителя и отводящий трубопровод (10) испарителя, и при этом с конденсатором (18) соединены подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора. Такой охлаждающий контур должен быть усовершенствован так, что при простой и экономичной конструкции системы уменьшаются или даже полностью предотвращаются удары давления. Для этого согласно изобретению предусмотрено, что подводящий трубопровод (4) испарителя, отводящий трубопровод (10) испарителя, подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора соединены с общим демпфирующим резервуаром (24), при этом отводящий трубопровод (22) конденсатора при работе охлаждающего контура (2) образует жидкостный столб (52) из жидкого охлаждающего средства, который выполняет функцию жидкостного уплотнения (50), а также гидродинамического демпфера колебаний.

Description

Изобретение относится к пассивному двухфазному охлаждающему контуру (2), содержащему испаритель (6) и конденсатор (18) для проходящего в охлаждающем контуре (2) охлаждающего средства, при этом с испарителем (6) соединены подводящий трубопровод (4) испарителя и отводящий трубопровод (10) испарителя, и при этом с конденсатором (18) соединены подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора. Такой охлаждающий контур должен быть усовершенствован так, что при простой и экономичной конструкции системы уменьшаются или даже полностью предотвращаются удары давления. Для этого согласно изобретению предусмотрено, что подводящий трубопровод (4) испарителя, отводящий трубопровод (10) испарителя, подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора соединены с общим демпфирующим резервуаром (24), при этом отводящий трубопровод (22) конденсатора при работе охлаждающего контура (2) образует жидкостный столб (52) из жидкого охлаждающего средства, который выполняет функцию жидкостного уплотнения (50), а также гидродинамического демпфера колебаний.
030562
Изобретение относится к пассивному двухфазному охлаждающему контуру согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Двухфазные системы передачи тепла, в которых проходящее в циркуляционном контуре охлаждающее средство (называемое также холодильным средством) претерпевает фазовый переход из жидкого в газообразное состояние и снова обратно, обеспечивают по сравнению с однофазными циркуляционными контурами при небольших приводных разницах температуры высокие скорости переноса тепла. Однако двухфазные системы имеют значительно больше степеней свободы и поэтому являются более сложными в управлении, чем однофазные системы. Это относится прежде всего к пассивным системам, которые не содержат активных средств для оказания влияния на потоки, такие как насосы или т.п., и в которых транспортировка охлаждающего средства вызывается исключительно имеющимися различиями температуры между согласованными источником тепла и теплоотводом. В частности, нерегулярные флуктуации давления и удары давления, а именно вызванные конденсацией гидравлические удары в трубопроводной системе, представляют жизненно важную проблему, поскольку в этой связи могут возникать экстремальные механические нагрузки. Они приводят в худшем случае к разрушению системы.
В основу изобретения положена задача дальнейшего усовершенствования охлаждающего контура указанного вначале вида так, что при простой и экономичной конструкции системы уменьшаются или даже полностью предотвращаются гидравлические удары.
Эта задача решена согласно изобретению с помощью охлаждающего контура с признаками п.1 формулы изобретения.
Существенной составляющей частью аппаратуры является демпфирующий резервуар, называемый также развязывающим резервуаром, с согласуемым для специальных случаев выполнения объемом и по меньшей мере четырьмя соединительными элементами для ведущих к испарителю и к конденсатору и для ведущих от них трубопроводов охлаждающего контура. Дополнительно к этому на соединительном элементе для обратного потока конденсатора установлен трубчатый конструктивный элемент, который обеспечивает возможность образования жидкостного столба. Этот жидкостный столб приводит к успокоению потока в переходных зонах тем, что действует в качестве демпфера гидродинамических колебаний. Кроме того, за счет жидкостного столба достигается уменьшение давления на выходе конденсатора, за счет чего обуславливается повышение приводной разницы давления в конденсаторе и тем самым увеличенный массовый поток.
Таким образом, вызывающие до настоящего времени опасения гидравлические удары в пассивных двухфазных охлаждающих контурах уменьшаются или даже полностью предотвращаются с помощью предлагаемой аппаратуры, которая действует в качестве демпфера гидродинамических колебаний. Кроме того, за счет измененных соотношений давления в циркуляционном контуре вызывается, соответственно стабилизируется направленный поток (минимизация, соответственно исключение вторичных обратных потоков), увеличивается приводная разница давления в конденсаторе, увеличивается вызывающий перенос тепла массовый поток и тем самым в результате достигается значительно повышение производительности.
Другими словами, с помощью предлагаемой модификации двухфазного охлаждающего контура достигается за счет пассивной стабилизации и повышения производительности значительно более устойчивая работа и поэтому повышенная применимость на практике по сравнению с прежними системами. За счет повышенной удельной мощности двухфазной системы можно пассивно отводить большие количества тепла, которые не реализуемы однофазно.
Возможными применениями являются, например в ядерной области, отвод тепла из мокрых хранилищ, охлаждение компонентов (например, в насосах, дизельных агрегатах, трансформаторах), охлаждение защитной оболочки и охлаждение пространств с электрически обусловленной тепловой нагрузкой. Естественно, что возможны также многочисленные применения в не ядерной области.
Предпочтительно во внутреннем пространстве демпфирующего резервуара расположено жидкостное уплотнение, в частности, в виде его интегральной или смонтированной в нем заранее составляющей части, что облегчает монтаж всей системы.
В первом предпочтительном варианте выполнения называемое также сифоном жидкостное уплотнение имеет U-, S- или J-образный трубный участок, который часто используется, например, в области установок домашнего хозяйства.
Во втором предпочтительном варианте выполнения жидкостное уплотнение реализовано тем, что труба, соответственно конец трубы, погружена в окружающий его по сторонам, открытый к внутреннему пространству демпфирующего резервуара резервуар, соответственно сосуд, так что возможно образование жидкостного столба.
В предпочтительном варианте выполнения подводящий трубопровод испарителя и отводящий трубопровод испарителя входят в зону дна демпфирующего резервуара, а именно предпочтительно на некотором расстоянии друг от друга. За счет этого обеспечивается, что, с одной стороны, втекающая через отводящий трубопровод испарителя смесь из жидкого и испаренного охлаждающего средства может разделяться в демпфирующем резервуаре, и что, с другой стороны, собирающееся в зоне дна жидкое охлаждающее средство может просто и беспрепятственно стекать в подводящий трубопровод испарителя.
- 1 030562
В противоположность этому подводящий трубопровод конденсатора предпочтительно входит в зону крышки демпфирующего резервуара, так что собирающийся над жидким охлаждающим средством пар может просто и беспрепятственно входить в этот трубопровод.
Для поддержки естественной циркуляции в охлаждающем контуре, демпфирующий резервуар предпочтительно расположен под конденсатором, при этом отводящий трубопровод конденсатора за исключением, возможно, содержащего жидкостное уплотнение участка, выполнен по меньшей мере преимущественно в виде опускной трубы.
Достигаемые с помощью изобретения преимущества состоят, в частности, в том, что за счет развязки циркуляционных контуров испарителя и конденсатора и за счет реализации демпфера гидравлических колебаний в пассивной системе реализованы регулировочные меры с целью создания стабильного и направленного потока в испарителе и в конденсаторе.
Ниже приводится подробное пояснение примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых сильно упрощенно и в схематичном виде изображено:
на фиг. 1 - пассивный двухфазный охлаждающий контур, согласно уровню техники; на фиг. 2 - пассивный двухфазный охлаждающий контур, согласно изобретению; на фиг. 3 - альтернативный вариант выполнения для части из фиг. 2.
Одинаковые или одинаково действующие части обозначены на всех фигурах теми же позициями.
На фиг. 1 схематично показан обычный охлаждающий контур 2, используемый в различных технических применениях, в которых осуществляется отвод излишнего тепла из нагреваемых зон установки. Направления потоков участвующих текучих сред обозначены соответствующими стрелками.
Проходящее в циркуляционном контуре охлаждающее средство входит сначала в жидком виде через подводящий трубопровод 4 испарителя (называемый также подводом испарителя или питающим трубопроводом) в испаритель 6. Испаритель 6 выполнен в виде теплообменника, который нагревается с помощью термически соединенного теплового источника 70, здесь чисто в качестве примера в виде проводящего нагревательную среду нагревательного трубопровода 8.
За счет вноса тепла от теплового источника 70 охлаждающее средство в испарителе 6 по меньшей мере частично испаряется. Создаваемый так пар охлаждающего средства выходит из испарителя 6 через отводящий трубопровод 10 испарителя (называемый также стоком испарителя или паропроводом).
Далее вниз по потоку пар охлаждающего средства входит через подводящий трубопровод 16 конденсатора (называемый также подводом конденсатора) в конденсатор 18. Конденсатор 18 выполнен в виде теплообменника, который термически соединен с отводом тепла, здесь чисто в качестве примера в виде проводящего охлаждающую среду охлаждающего трубопровода 20. За счет переноса тепла в тепловой отвод 72 пар охлаждающего средства конденсируется в конденсаторе 18. Сжиженное тем самым охлаждающее средство выходит из конденсатора 18 через отводящий трубопровод 22 конденсатора (называемый также стоком конденсатора), который дальше вниз по потоку переходит в подводящий трубопровод 4 испарителя, так что там снова начинается циркуляция.
В случае охлаждающего контура с принудительным потоком между отводящим трубопроводом 10 испарителя и подводящим трубопроводом 16 расположен насос 14 для транспортировки охлаждающего средства.
Однако для различных применений охлаждающий контур 2 предпочтительно выполнен в виде пассивного контура, который не нуждается в активных компонентах, в частности в насосах. В этом случае отводящий трубопровод 10 испарителя переходит непосредственно в подводящий трубопровод 16 конденсатора. При этом образуется контур циркуляции охлаждающего средства по принципу естественной циркуляции за счет разницы температуры между источником 70 тепла и отводом 72 тепла. Для этого участвующие компоненты расположены относительно друг друга на соответствующей геодезической высоте, и соответствующие поперечные сечения и т.д. трубопроводов имеют подходящие размеры. Охлаждающее средство относительно своей температуры кипения согласовано подходящим образом с комбинацией из соотношений температуры и давления в охлаждающем контуре 2, так что действительно происходит желаемое испарение в испарителе 6 и конденсация в конденсаторе 18. На основании изменения фазы охлаждающего средства из жидкого состояния в газообразное состояние и обратно он называется двухфазным охлаждающим контуром.
Двухфазные системы переноса тепла обеспечивают при небольших приводных разницах температуры высокие скорости переноса тепла. Однако удары давления, соответственно, удары конденсации представляют жизненно важную проблему, поскольку могут возникать экстремальные механические нагрузки. Они приводят в худшем случае к разрушению системы.
На основании нестационарных и частично хаотичных процессов в проводящих поток компонентах могут происходить слишком сильные флюктуации, соответственно колебания в системе, так что проводящие пар зоны потока сдвигаются в зоны с более холодными температурами стенок. Затем при некоторых обстоятельствах происходит внезапная конденсация пара и тем самым указанные удары конденсации.
Это можно понимать следующим образом: когда в трубопроводе испарителя образуется пузырь пара, то происходит сильное охлаждение окружения. Особенно интересным является цикличное охлажде- 2 030562
ние стенки трубы, т.е. для трубы требуется некоторое время для нагревания и для достижения необходимого перегрева. Таким образом, имеются локально сильные флюктуации, которые колеблются с определенной частотой. Поскольку в трубе испарителя имеются различные зоны кипения, которые колеблются с разными частотами, то даже при, в целом стационарном состоянии, локально получается не стационарное состояние. Однако поскольку в пассивных системах локальные условия кипения являются также ответственными за приводную силу потока, то всегда имеются флюктуации потока. В худшем случае возникает локально или глобально резонанс, и вся система переходит в очень неблагоприятное состояние (с возможно значительно уменьшенным отводом тепла).
Дополнительно к этому существует еще следующий недостаток: в зависимости от того, на каком уровне лежит сток тепла, в конденсаторе может происходить переохлаждение конденсата. Переохлажденная жидкость должна быть сначала снова доведена до температуры кипения. Поскольку однофазный перенос тепла является значительно хуже, чем двухфазный перенос, то лишь недостаточно используется потенциал испарителя.
Такие явления уменьшаются или даже полностью предотвращаются, согласно изобретению с помощью показанной на фиг. 2 аппаратуры. Последующее описание основывается на описании фиг. 1 и концентрируется лишь на выполненной модификации охлаждающего контура 2.
Существенным элементом модификации является включенный в охлаждающий контур 2, действующий в соединении с жидкостным столбом в качестве гидродинамического демпфера колебаний демпфирующий резервуар 24, который относительно своей функции развязывания циркуляционных контуров испарителя и конденсатора может называться также развязывающим резервуаром (смотри ниже). Демпфирующий резервуар 24 имеет закрытое со всех сторон окружающей стенкой 26 герметично относительно окружения внутреннее пространство 28, объем которого относительно предназначенных для него главных задач демпфирования колебаний и пропускания среды выбран достаточно большим. Кроме того, предусмотрены четыре функционально различных друг от друга соединительных элемента 30, 32, 34, 36, которые специальным образом соединены с трубопроводной системой циркуляционного контура
2. Во время работы циркуляционного контура 2 во внутреннем пространстве 28 демпфирующего резервуара 24 собираются охлаждающее средство, а также пар охлаждающего средства, при этом жидкая фаза вследствие действующей силы тяжести осаждается вниз к зоне 38 дна, а газообразная/парообразная фаза собирается над ней в зоне 40 крышки.
Первый соединительный элемент 30 проходит в зоне 38 дна демпфирующего резервуара 24, в частности непосредственно в дне, через окружающую стенку 26. Он соединен с ведущим к входу 42 испарителя подающим трубопроводом 4 испарителя, так что собирающееся во время работы в зоне 38 дна охлаждающее средство через соединительный элемент 30 проходит к испарителю 6, где происходит испарение охлаждающего средства.
Со вторым соединительным элементом 32, который проходит также в зоне 38 дна демпфирующего резервуара 24, в частности непосредственно в дне, возможно немного выше, через окружающую стенку 26, соединен идущий от выхода 44 испарителя отводящий трубопровод 10 испарителя. Обычно охлаждающее средство испаряется в испарителе 6 не полностью, а лишь частично, и тем самым возникающая смесь из жидкого охлаждающего средства и пара охлаждающего средства направляется через отводящий трубопровод 10 испарителя и соединительный элемент 32 во внутреннее пространство 28 демпфирующего резервуара 24, где происходит уже поясненное разделение фаз.
Третий соединительный элемент 34 проходит в зоне 40 крышки демпфирующего резервуара 24, в частности непосредственно в крышке, через окружающую стенку 26. С ним соединен ведущий к входу 46 конденсатора подводящий трубопровод 16 конденсатора, так что собирающийся в зоне 40 крышки пар охлаждающего средства проходит через соединительный элемент 34 и подводящий трубопровод 16 конденсатора к конденсатору 18, где происходит конденсация пара охлаждающего средства.
Наконец, четвертый соединительный элемент 36 проходит в зоне 40 крышки демпфирующего резервуара 24, в частности непосредственно в крышке, через окружающую стенку 26. С ним соединен идущий от выхода 48 конденсатора отводящий трубопровод 22 конденсатора, так что сжиженное в конденсаторе 18 охлаждающее средство проходит через отводящий трубопровод 22 конденсатора и соединительный элемент 36 в демпфирующий резервуар 24.
Таким образом, в трех названных первыми соединительных элементах 30, 32, 34 соединенные с ними трубопроводы входят непосредственно во внутреннее пространство демпфирующего резервуара 24, так что при соотношениях потоков при нормальной работе возможно выравнивание давления между внутренним пространством 28 и его трубопроводами 4, 10, 16. В отличие от этого четвертый соединительный элемент 36 выполнен так, что соединенный с ним трубопровод, а именно отводящий трубопровод 22 конденсатора, входит с образованием жидкостного уплотнения 50 во внутреннее пространство 28 демпфирующего резервуара 24. Такое жидкостное уплотнение 50 называется также сифоном или ловушкой, за счет образующегося при работе охлаждающего контура 2 жидкостного столба 52 из жидкого охлаждающего средства оно предотвращает или во всяком случае затрудняет пропускание газов, так что реализуется разделение давления между внутренним пространством 28 и отводящим трубопроводом 22 конденсатора. При этом высота 5Н возникающего жидкостного столба 52 зависит от существующей раз- 3 030562
ницы δρ давления.
Жидкостное уплотнение 50 может быть в принципе расположено снаружи демпфирующего резервуара 24. Однако целесообразно оно реализовано в трубном участке во внутреннем пространстве 2 8 демпфирующего резервуара 24 и может принимать любую целесообразную для функции форму. Например, как показано на фиг. 2, оно может иметь трубный конец 54, который погружен сверху в открытый вверх резервуар 56. В качестве альтернативного решения или дополнительно могут использоваться известные U-, S- или J-образные трубные участки 58 или функционально эквивалентные варианты выполнения, как показано в качестве примера на фиг. 3 в виде J-образной дуги.
С помощью жидкостного столба 52 сифона реализуется обратный поток пара, а также демпфирование системы, т.е. в зависимости от ожидаемых нестабильностей системы должен быть реализован жидкостный столб 52. Как показано на фиг. 2, обращенное вверх отверстие окружающего резервуара 56 имеет явно большую площадь поперечного сечения, чем погруженная труба 54. Это означает, что небольшая разница высоты в резервуаре 56 приводит к значительно большей разнице высоты в трубе 54 (в соответствии с соотношением поверхностей). Поскольку общая разница δН высоты связана с разницей δp давления, то оказывается противодействие колебаниям давления в системе. Высота установки сифона должна быть согласована со всей шириной диапазона системы, т.е. при небольших тепловых мощностях жидкая фаза находится преимущественно в зоне испарителя и резервуар почти пуст. При больших тепловых мощностях в резервуаре находится относительно много жидкой фазы (за счет высокой доли пара в испарителе). На этой основе необходимо выполнять компоненты.
В отличие от естественной циркуляции в охлаждающем контуре 2 испаритель 6, конденсатор 18 и демпфирующий резервуар 24 находятся относительно друг друга на подходящей геодезической высоте. В частности, демпфирующий резервуар 24 предпочтительно расположен под конденсатором 18, так что ведущий от конденсатора 18 к демпфирующему резервуару 24 отводящий трубопровод 22 конденсатора по существу выполнен в виде опускной трубы. С чисто гидростатической точки зрения дополнительно предпочтительно предусмотрено расположение испарителя 6 под демпфирующим резервуаром 24. В соответствии с этим отводящий трубопровод 10 испарителя предпочтительно является восходящей трубой, а подводящий трубопровод 4 испарителя - опускной трубой. Однако, поскольку в данном случае речь идет о гидродинамической системе, которая дополнительно имеет еще двухфазность, возможно, что на практике предпочтительным будет другое расположение.
Таким образом, в охлаждающем контуре 2 согласно фиг. 2 как ведущая от испарителя 6 к конденсатору 18 трубопроводная петля, так и ведущая от конденсатора 18 к испарителю 6 трубопроводная петля проходят через общий демпфирующий резервуар 24. Жидкостный столб 52 в демпфирующем резервуаре 24 приводит совместно с реализованным с помощью внутреннего пространства 28 компенсационного объема к развязке циркуляционных контуров и к успокоению потока в переходных зонах тем, что он действует в качестве гидродинамического демпфера колебаний. Кроме того, за счет жидкостного столба достигается уменьшение давления на стороне выхода конденсатора 18, что приводит к увеличению приводной разницы давления в конденсаторе 18 и тем самым к повышению массового потока в охлаждающем контуре 2.
Другое преимущество демпфирующего резервуара 24 состоит в предварительном нагревании конденсата. Поскольку на выходе 44 испарителя имеется (относительное) содержание пара меньше единицы, то часть насыщенной жидкости протекает через демпфирующий резервуар 24 обратно к входу 42 испарителя. При этом происходит перемешивание возможно переохлажденного конденсата с насыщенной жидкостью. Следовательно, уменьшаются зоны однофазного переноса тепла в испарителе 6 и улучшается весь процесс (термодинамическая оптимизация).
Таким образом, показанная на фиг. 2 и 3 аппаратура служит как для повышения эффективности отвода тепла, так и для уменьшения конденсационных ударов в случае пассивного двухфазного циркуляционного процесса.
Перечень позиций.
2 - охлаждающий контур
4 - подводящий трубопровод испарителя
6 - испаритель
8 - нагревательный трубопровод
10 - отводящий трубопровод испарителя
14 - насос
16 - подводящий трубопровод конденсатора
20 - охлаждающий трубопровод
22 - отводящий трубопровод конденсатора
24 - демпфирующий резервуар
26 - окружающая стенка
28 - внутреннее пространство
- 4 030562
30 - первый соединительный элемент 32 - второй соединительный элемент 34 - третий соединительный элемент 36 - четвертый соединительный элемент 38 - зона дна
40 - зона крышки
42 - вход испарителя
44 - выход испарителя
46 - вход конденсатора
48 - выход конденсатора
50 - жидкостное уплотнение
52 - жидкостный столб
54 - конец трубы
56 - резервуар
58 - трубный участок
70 - источник тепла
72 - отвод тепла

Claims (5)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Пассивный двухфазный охлаждающий контур (2), содержащий испаритель (6) и конденсатор (18) для проходящего в охлаждающем контуре (2) охлаждающего средства, при этом с испарителем (6) соединены подводящий трубопровод (4) испарителя и отводящий трубопровод (10) испарителя, с конденсатором (18) соединены подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора, подводящий трубопровод (4) испарителя, отводящий трубопровод (10) испарителя, подводящий трубопровод (16) конденсатора и отводящий трубопровод (22) конденсатора соединены с общим демпфирующим резервуаром (24), а отводящий трубопровод (22) конденсатора при работе охлаждающего контура (2) образует жидкостный столб (52) из жидкого охлаждающего средства, который выполняет функцию жидкостного уплотнения (50), а также функцию гидродинамического демпфера колебаний, отличающийся тем, что подводящий трубопровод (22) входит в зону (40) крышки демпфирующего резервуара (24) и имеет выступающий во внутреннее пространство (28) демпфирующего резервуара (24) трубный участок, в котором реализовано жидкостное уплотнение (50).
  2. 2. Охлаждающий контур (2) по п.1, в котором жидкостное уплотнение (50) имеет U-, S- или Jобразный трубный участок (58).
  3. 3. Охлаждающий контур (2) по п.1 или 2, в котором жидкостное уплотнение (50) имеет конец (54) трубы, который погружен в открытый вверх резервуар (56).
  4. 4. Охлаждающий контур (2) по любому из пп.1-3, в котором подводящий трубопровод (4) испарителя и отводящий трубопровод (10) испарителя входят в зону (38) дна демпфирующего резервуара (24).
  5. 5. Охлаждающий контур (2) по любому из пп.1-4, в котором демпфирующий резервуар (24) расположен под конденсатором (18), при этом отводящий трубопровод (18) конденсатора выполнен преимущественно в виде опускной трубы.
    - 5 030562
EA201691876A 2014-03-19 2015-03-17 Пассивный двухфазный охлаждающий контур EA030562B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014205086.3A DE102014205086B3 (de) 2014-03-19 2014-03-19 Passiver Zweiphasen-Kühlkreislauf
PCT/EP2015/055529 WO2015140151A1 (de) 2014-03-19 2015-03-17 Passiver zweiphasen-kühlkreislauf

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201691876A1 EA201691876A1 (ru) 2017-02-28
EA030562B1 true EA030562B1 (ru) 2018-08-31

Family

ID=52781020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201691876A EA030562B1 (ru) 2014-03-19 2015-03-17 Пассивный двухфазный охлаждающий контур

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9874406B2 (ru)
EP (1) EP3120090B1 (ru)
JP (1) JP2017511458A (ru)
KR (1) KR102266037B1 (ru)
CN (1) CN106105411B (ru)
BR (1) BR112016020276B1 (ru)
CA (1) CA2940313C (ru)
DE (1) DE102014205086B3 (ru)
EA (1) EA030562B1 (ru)
PL (1) PL3120090T3 (ru)
UA (1) UA119555C2 (ru)
WO (1) WO2015140151A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206478A1 (de) 2015-04-10 2016-10-13 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage mit Flüssigkeitskreislauf und Komponenten dafür
JP6170110B2 (ja) 2015-10-15 2017-07-26 Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 冷却装置および冷媒中継装置
US10429101B2 (en) 2016-01-05 2019-10-01 Carrier Corporation Modular two phase loop distributed HVACandR system
US11035619B2 (en) * 2016-12-09 2021-06-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Drainage for temperature and humidity controlling system
EP4300008A1 (de) 2022-06-30 2024-01-03 Kernkraftwerk Gösgen-Däniken AG Passives zweiphasen-raumkühlungssystem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4314601A (en) * 1978-10-04 1982-02-09 Giuffre Anthony A Heat exchange system for recycling waste heat
US6477847B1 (en) * 2002-03-28 2002-11-12 Praxair Technology, Inc. Thermo-siphon method for providing refrigeration to a refrigeration load

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3977364A (en) * 1973-03-06 1976-08-31 U.S. Philips Corporation Apparatus for evaporating liquids
AU8098891A (en) * 1990-07-20 1992-02-18 Alberni Thermodynamics Ltd. Heating and cooling system for air space in a building
JP3303644B2 (ja) * 1995-12-28 2002-07-22 古河電気工業株式会社 ループ式熱輸送システム
JP3374171B2 (ja) * 1999-04-16 2003-02-04 独立行政法人産業技術総合研究所 熱輸送装置
US20050115698A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Jung-Yen Hsu Structure of heat sink
EP1702360A2 (en) * 2003-12-08 2006-09-20 Noise Limit ApS A cooling system with a bubble pump
US7511957B2 (en) * 2006-05-25 2009-03-31 International Business Machines Corporation Methods for fabricating a cooled electronic module employing a thermally conductive return manifold structure sealed to the periphery of a surface to be cooled
JP2007333293A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Denso Corp ループ式ヒートパイプ
EP1892810B1 (de) * 2006-08-25 2011-05-18 Abb Research Ltd. Kühleinrichtung für ein elektrisches Betriebsmittel
US7882890B2 (en) * 2007-07-13 2011-02-08 International Business Machines Corporation Thermally pumped liquid/gas heat exchanger for cooling heat-generating devices
DE102008025544A1 (de) * 2008-05-27 2009-12-03 Thomas Endrullat Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Kühlung elektronischer Bauelement in der Computertechnik
PL217073B1 (pl) * 2010-07-26 2014-06-30 Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie Sposób samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej i urządzenie do samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej
DE102011003041A1 (de) * 2011-01-24 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer supraleitenden Maschine
JP5806581B2 (ja) * 2011-10-18 2015-11-10 株式会社日立製作所 冷却システム及び冷却方法
FR2984472B1 (fr) * 2011-12-20 2015-10-02 Astrium Sas Dispositif de regulation thermique passif
CN103327792A (zh) * 2013-06-06 2013-09-25 江苏大学 一种无源驱动的微通道散热冷却装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4314601A (en) * 1978-10-04 1982-02-09 Giuffre Anthony A Heat exchange system for recycling waste heat
US6477847B1 (en) * 2002-03-28 2002-11-12 Praxair Technology, Inc. Thermo-siphon method for providing refrigeration to a refrigeration load

Also Published As

Publication number Publication date
US9874406B2 (en) 2018-01-23
WO2015140151A1 (de) 2015-09-24
DE102014205086B3 (de) 2015-07-23
BR112016020276A2 (ru) 2017-08-15
BR112016020276B1 (pt) 2022-10-04
KR20160133504A (ko) 2016-11-22
UA119555C2 (uk) 2019-07-10
EP3120090A1 (de) 2017-01-25
PL3120090T3 (pl) 2019-05-31
CN106105411B (zh) 2019-03-19
EA201691876A1 (ru) 2017-02-28
EP3120090B1 (de) 2018-10-03
CN106105411A (zh) 2016-11-09
CA2940313A1 (en) 2015-09-24
US20160377352A1 (en) 2016-12-29
JP2017511458A (ja) 2017-04-20
CA2940313C (en) 2022-08-30
KR102266037B1 (ko) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA030562B1 (ru) Пассивный двухфазный охлаждающий контур
JP6605819B2 (ja) 冷却装置
US9829253B2 (en) Advanced control two phase heat transfer loop
CN105074373B (zh) 具有两相流体的热传输装置
WO2016047098A1 (ja) 冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法
JP6433848B2 (ja) 熱交換器、蒸発体、および電子機器
JP2013160420A (ja) 自励振動ヒートパイプ
JP2013242111A (ja) ループ型ヒートパイプ及び電子機器
JP2010010204A (ja) 沸騰冷却装置
JP2008095976A (ja) ２段吸収冷凍機
JP6458169B2 (ja) 熱回収装置
JP6055097B2 (ja) 吸収式冷凍機
JPWO2017110740A1 (ja) 放熱装置、それを用いた相変化冷却装置、および放熱方法
JP2014154683A (ja) 冷却装置
JPS60103274A (ja) 蒸気発生・凝縮装置
RU2675977C1 (ru) Способ передачи тепла и теплопередающее устройство для его осуществления
US10631434B2 (en) Self-priming thermosyphon
RU2667249C1 (ru) Система терморегулирования на базе двухфазного теплового контура
JP6801665B2 (ja) 相変化冷却装置およびその制御方法
Chang et al. Visualized study of the gravitational effect in a loop heat pipe with two evaporators and one condenser
KR200337381Y1 (ko) 분리형 히트파이프를 이용한 냉각장치
JP2513950B2 (ja) 吸収器一体型凝縮器
JP2022138222A (ja) 冷却装置
KR0147749B1 (ko) 흡수식 냉난방기의 재생기
RU71748U1 (ru) Теплопередающее устройство

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM