FR2741427A1 - Two-phase heat transfer circuit for refrigeration appts. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne le domaine de la thermotechnique et peut être utilisée dans les systèmes de refroidissement des appareils qui dégagent de la chaleur. The invention relates to the field of thermotechnics and can be used in the cooling systems of devices which generate heat.
On connaît des tubes thermiques à artère ou des tubes thermiques à mèche homogène (1), (2), comportant un corps avec une structure capillaire et ayant des zones d'évaporation, de transport et de condensation. La particularité distinctive de ces dispositifs réside en ce qu'ils peuvent absorber et/ou céder la chaleur à tout endroit quelconque suivant toute leur longueur ainsi qu'absorber et/ou céder la chaleur à plusieurs endroits simultanément. There are known artery thermal tubes or thermal tubes with homogeneous wick (1), (2), comprising a body with a capillary structure and having zones of evaporation, transport and condensation. The distinguishing feature of these devices is that they can absorb and / or transfer heat to any location along their entire length as well as absorb and / or transfer heat to several locations simultaneously.
Toutefois, les possibilités de ces tubes thermiques sont limitées par la valeur de la charge thermique à transmettre et par la distance du transfert de la chaleur et de la masse.However, the possibilities of these thermal tubes are limited by the value of the thermal load to be transmitted and by the distance of the heat and mass transfer.
Selon son essentiel technique, le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire (3) est le plus proche des solutions techniques de l'invention. Il comporte, reliés par une conduite de vapeur et une conduite de condensat, des évaporateurs, à l'intérieur desquels sont montées des pompes capillaires, et un condenseur (condenseurs) ainsi qu'un réservoir qui est relié à la conduite de condensat par une conduite particulière. According to its technical essential, the two-phase capillary pumping heat transfer circuit (3) is the closest to the technical solutions of the invention. It comprises, connected by a steam pipe and a condensate pipe, evaporators, inside which capillary pumps are mounted, and a condenser (condensers) as well as a tank which is connected to the condensate pipe by a special behavior.
En comparaison avec les tubes thermiques décrits dans les documents (1) et (2), le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire transmet des charges thermiques sensiblement supérieures et aux plus grandes distances et offre des possibilités supplémentaires telles que : fonctionnement en régime à diode, fonctionnement en régime de régulation avec modification de la position des conduites de transport pendant le fonctionnement, etc. De plus, les circuits de transfert de chaleur à deux phases et & pompage capillaire peuvent fonctionner dans des conditions de gravitation lorsque les évaporateurs sont sensiblement plus puissants en comparaison avec un condenseur grâce à une haute pression capillaire qui est développée par les pompes capillaires. In comparison with the thermal tubes described in documents (1) and (2), the two-phase capillary pumped heat transfer circuit transmits significantly higher thermal loads and at greater distances and offers additional possibilities such as: operation in diode mode, operation in control mode with modification of the position of the transport lines during operation, etc. In addition, the two-phase heat transfer and capillary pumping circuits can operate under gravitation conditions when the evaporators are significantly more powerful in comparison with a condenser thanks to a high capillary pressure which is developed by the capillary pumps.
Malgré de nombreux avantages, les circuits de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire sont caractérisés par certains inconvénients. En particulier, pour assurer le fonctionnement fiable du circuit de transfert de chaleur à deux phases à pompage capillaire, il est indispensable d'amener en continu un caloporteur liquide refroidi à l'intérieur d'un canal d'alimentation de la pompe capillaire, installée à l'intérieur de chaque évaporateur. Despite many advantages, two-phase, capillary pumped heat transfer circuits are characterized by certain drawbacks. In particular, to ensure the reliable operation of the two-phase capillary pumped heat transfer circuit, it is essential to continuously supply a cooled liquid coolant inside a capillary pump supply channel, installed inside each evaporator.
Dans ce cas, le liquide doit être surrefroidi de façon à prévenir la formation éventuelle de vapeur dans les canaux d'alimentation de la pompe capillaire. La pratique a fait apparaître que dans certaines situations, le flux thermique pénétrant à travers la pompe capillaire peut provoquer une forte vaporisation dans les canaux d'alimentation (blocage des canaux d'alimentation par des bulles de vapeur) et le dessèchement ultérieur des évaporateurs. Cet inconvénient aboutit à des situations critiques et, enfin, à l'interruption du fonctionnement de certains évaporateurs et/ou de tout l'ensemble du circuit de transfert de chaleur & deux phases et à pompage capillaire.Ces situations similaires des pannes peuvent avoir lieu pendant le fonctionnement du circuit de transfert de chaleur & deux phases et à pompage capillaire en régimes transitoires, par exemple, pendant le démarrage, une modification rapide des conditions de l'amenée de la chaleur et/ou de l'évacuation de la chaleur, pendant la modification de la répartition de la charge thermique entre les évaporateurs, etc. Il n'est pas toujours possible de compenser pendant ces régimes le flux thermique qui pénètre à travers la pompe capillaire par le surrefroidissement du liquide, ce qui conduit à la formation de bulles de vapeur et à leur croissance intensive dans les canaux d'alimentation et, en définitive, à l'interruption du fonctionnement de la pompe capillaire.In this case, the liquid must be super-cooled in order to prevent the possible formation of vapor in the supply channels of the capillary pump. Practice has shown that in certain situations, the heat flux penetrating through the capillary pump can cause a strong vaporization in the supply channels (blocking of the supply channels by vapor bubbles) and the subsequent drying of the evaporators. This drawback leads to critical situations and, finally, to the interruption of the operation of certain evaporators and / or of the entire heat transfer circuit & two phases and with capillary pumping. These similar situations of breakdowns can occur. during the operation of the heat transfer circuit & two phases and with capillary pumping in transient modes, for example, during start-up, a rapid modification of the conditions of the heat supply and / or the heat dissipation, during the modification of the distribution of the thermal load between the evaporators, etc. It is not always possible to compensate during these regimes the heat flux which penetrates through the capillary pump by the supercooling of the liquid, which leads to the formation of vapor bubbles and their intensive growth in the supply channels and , ultimately, when the operation of the capillary pump is interrupted.
L'invention proposée vise à assurer la suralimentation garantie des canaux d'alimentation des pompes capillaires et à assurer l'évacuation garantie et/ou la condensation des bulles de vapeur dans les canaux d'alimentation de la pompe capillaire. The proposed invention aims to ensure guaranteed supercharging of the supply channels of the capillary pumps and to ensure the guaranteed evacuation and / or condensation of the vapor bubbles in the supply channels of the capillary pump.
Pour atteindre les buts visés, on propose deux variantes réalisées en principe par un même mode. To achieve the desired goals, two variants are proposed which are in principle carried out by the same mode.
Selon la première variante, le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire comportant, reliés par une conduite de vapeur et une conduite de condensat, des évaporateurs à l'intérieur desquels sont montés des pompes capillaires et au moins, un condenseur ainsi qu'un réservoir, relié par une conduite à la conduite de condensat, est caractérisé en ce que chaque évaporateur est muni d'un microréfrigérateur thermoélectrique, relié par un assemblage par brasure chaude à une zone d'amenée de chaleur de l'évaporateur, et d'un tuyau thermique supplémentaire qui est introduit à l'intérieur d'un canal d'alimentation de la pompe capillaire et vient en contact, par sa partie libre, avec l'assemblage par brasure froide du microréfrigérateur thermoélectrique. According to the first variant, the two-phase capillary pumping heat transfer circuit comprising, connected by a steam pipe and a condensate pipe, evaporators inside which capillary pumps are mounted and at least one condenser as well as a tank, connected by a pipe to the condensate pipe, is characterized in that each evaporator is provided with a thermoelectric micro-refrigerator, connected by an assembly by hot solder to a heat supply zone of the evaporator , and an additional thermal pipe which is introduced inside a supply channel of the capillary pump and comes into contact, through its free part, with the assembly by cold soldering of the thermoelectric micro-fridge.
En outre, il est possible que l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique soit relié à la zone d'amenée de chaleur de l'évaporateur à l'aide d'un conducteur de chaleur, par exemple, d'un tuyau thermique ou d'une barre thermique en cuivre. In addition, it is possible that the hot solder assembly of the thermoelectric micro-refrigerator is connected to the heat supply zone of the evaporator using a heat conductor, for example, a thermal pipe or a copper thermal bar.
Il est possible que le tuyau thermique supplémentaire soit fixé dans le canal d'alimentation à l'aide des ailettes qui forment un système de canaux longitudinaux parallèles. It is possible that the additional thermal pipe is fixed in the supply channel using the fins which form a system of parallel longitudinal channels.
Selon la seconde variante, le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire comportant, reliés par une conduite de vapeur et une conduite de condensat, des évaporateurs à l'intérieur desquels sont montés des pompes capillaires et, au moins, un condenseur, ainsi qu'un réservoir relié par une conduite à la conduite de condensat, est caractérisé en ce que chaque évaporateur est muni d'une structure capillaire supplémentaire et aussi d'un microréfrigérateur thermoélectrique, en ce que la structure capillaire supplémentaire relie les parois du canal d'alimentation de la pompe capillaire aux parois intérieures de la partie de la conduite de condensat, qui est adjacente à l'évaporateur et le microréfrigérateur thermoélectrique est relié à l'extérieur aux parois de la conduite de condensat par assemblage par brasure froide et à la zone du conducteur thermique de l'évaporateur par assemblage par brasure chaude. According to the second variant, the two-phase capillary pumping heat transfer circuit comprising, connected by a steam pipe and a condensate pipe, evaporators inside which capillary pumps are mounted and, at least, a condenser, as well as a reservoir connected by a pipe to the condensate pipe, is characterized in that each evaporator is provided with an additional capillary structure and also with a thermoelectric micro-fridge, in that the additional capillary structure connects the walls from the capillary pump supply channel to the inside walls of the part of the condensate pipe, which is adjacent to the evaporator and the thermoelectric micro-fridge is connected to the outside to the walls of the condensate pipe by cold soldering and to the area of the thermal conductor of the evaporator by hot soldering.
En outre, il est avantageux que l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique soit relié à la zone du conducteur thermique de l'évaporateur à l'aide d'un conducteur thermique, par exemple, d'un tuyau thermique ou d'une barre thermique en cuivre. In addition, it is advantageous that the hot solder assembly of the thermoelectric micro-refrigerator is connected to the area of the thermal conductor of the evaporator using a thermal conductor, for example, a thermal pipe or a copper thermal bar.
Il est possible de monter, à l'endroit où la structure capillaire supplémentaire est reliée à la conduite de condensat, un isolateur capillaire réalisé à partir d'une structure poreuse dont la dimension des pores est inférieure à la dimension des pores de la structure capillaire supplémentaire. It is possible to mount, at the place where the additional capillary structure is connected to the condensate line, a capillary insulator produced from a porous structure whose pore size is smaller than the pore size of the capillary structure additional.
En utilisant deux variantes de réalisation proposées de l'invention, on atteint en principe un même résultat technique. Le refroidissement actif des canaux d'alimentation des pompes capillaires des évaporateurs à l'aide des microréfrigérateurs thermoélectriques permet de prévenir et/ou localiser la formation de la vapeur, qui empêche, dans certains cas, l'arrivée nécessaire du liquide dans 1 'évaporateur. By using two proposed alternative embodiments of the invention, the same technical result is achieved in principle. Active cooling of the supply channels of the evaporator capillary pumps using thermoelectric micro-refrigerators makes it possible to prevent and / or localize the formation of vapor, which prevents, in certain cases, the necessary arrival of the liquid in the evaporator. .
Dans tous les cas, la chaleur qui a été dégagée par l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique est évacuée vers la zone du conducteur thermique de l'évaporateur. Toutefois, on peut le faire soit à l'aide du contact thermique direct, soit à l'aide d'un conducteur thermique. L'utilisation dudit conducteur thermique (prévu tant dans la première variante que dans la deuxième variante) permettra de résoudre les problèmes technologiques que l'on doit résoudre à la liaison des pans actifs des microréfrigérateurs thermoélectriques avec les zones de refroidissement et de chauffage.Il est préférable que l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique soit relié directement à la zone du conducteur thermique du fait que le microréfrigérateur thermoélectrique fonctionne d'une manière plus efficace, toutefois, on ne réussit pas toujours à courber un tuyau thermique qui est destiné à refroidir un canal d'alimentation. In all cases, the heat which has been released by the hot soldering assembly of the thermoelectric micro-refrigerator is evacuated to the area of the thermal conductor of the evaporator. However, this can be done either using direct thermal contact, or using a thermal conductor. The use of said thermal conductor (provided both in the first variant and in the second variant) will make it possible to solve the technological problems which have to be solved at the connection of the active sections of the thermoelectric micro-refrigerators with the cooling and heating zones. it is preferable that the hot solder assembly of the thermoelectric microchiller is connected directly to the area of the thermal conductor since the thermoelectric microchiller works more efficiently, however, one does not always succeed in bending a thermal pipe which is intended to cool a supply channel.
La particularité distinctive de la seconde variante proposée réside en ce que les parois intérieures d'un canal d'alimentation d'un évaporateur et la partie adjacente de la conduite de condensat forment un corps déjà fini d'un tube thermique. En équipant ces parties d'une mèche, on obtient un tube thermique dans lequel on utilise le même caloporteur que dans le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire. Toutefois, à la mise au point d'une structure capillaire supplémentaire, il est nécessaire de prendre en considération que le débit de liquide dans ce tube sera notablement supérieur au débit dans les tubes thermiques supplémentaires de la première variante. The distinctive feature of the second variant proposed is that the interior walls of a supply channel of an evaporator and the adjacent part of the condensate line form an already finished body of a thermal tube. By equipping these parts with a wick, a thermal tube is obtained in which the same coolant is used as in the two-phase capillary pumped heat transfer circuit. However, when developing an additional capillary structure, it is necessary to take into account that the flow rate of liquid in this tube will be significantly greater than the flow rate in the additional thermal tubes of the first variant.
Le choix définitif de la première variante ou de la deuxième variante peut être réalisé après une analyse de l'ensemble des conditions de l'utilisation, de la technologie de fabrication, des paramètres géométriques, des avantages économiques etc. The final choice of the first variant or the second variant can be made after an analysis of all the conditions of use, manufacturing technology, geometric parameters, economic advantages, etc.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description explicative qui va suivre des modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire réalisé selon la première variante, comprenant deux évaporateurs dans les canaux d'alimentations desquels sont montés des tubes thermiques, les assemblages par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique étant, dans ce cas, reliés directement aux zones d'amenée de chaleur des évaporateurs
- la figure 2 représente un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire, les tubes thermiques étant engagés aussi dans les canaux d'alimentation desdits évaporateurs et les assemblages par brasure chaude des microréfrigérateurs étant reliés, dans ce cas, aux zones d'amenée de chaleur à l'aide des conducteurs de chaleur
- la figure 3 représente un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire réalisé selon la deuxième variante selon laquelle une structure capillaire supplémentaire est montée au lieu du tube thermique supplémentaire ; et
- la figure 4 représente la deuxième variante d'un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire muni d'une structure capillaire supplémentaire.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better on reading the explanatory description which will follow of the embodiments given only by way of nonlimiting examples, with references to the non-limiting drawings. annexed limitative in which
FIG. 1 represents a heat transfer circuit with two phases and with capillary pumping produced according to the first variant, comprising two evaporators in the supply channels of which thermal tubes are mounted, the assemblies by hot soldering of the thermoelectric micro-refrigerator being, in this case, directly connected to the heat supply zones of the evaporators
- Figure 2 shows a two-phase heat transfer circuit with capillary pumping, the thermal tubes also being engaged in the supply channels of said evaporators and the assemblies by hot soldering of the micro-refrigerators being connected, in this case, to the zones supply of heat using heat conductors
- Figure 3 shows a two-phase capillary pumping heat transfer circuit produced according to the second variant in which an additional capillary structure is mounted instead of the additional thermal tube; and
- Figure 4 shows the second variant of a two-phase capillary pumping heat transfer circuit provided with an additional capillary structure.
La figure 1 représente, à titre d'exemple illustratif, un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire qui comporte des évaporateurs 1 et 2 et un condenseur 3, qui sont reliés entre eux par des conduites (une conduite de vapeur 4 et une conduite de condensat 5) et un réservoir 6, relié à la conduite de condensat 5 par une conduite particulière 7. Les évaporateurs sont équipés de microréfrigérateurs thermoélectriques 8, 9. L'assemblage par brasure chaude de chaque microréfrigérateur thermoélectrique est relié aux zones d'amenée de chaleur de son évaporateur et l'assemblage par brasure froide est relié aux canaux d'alimentation correspondants des pompes capillaires 12 et 13 à l'aide de tubes thermiques supplémentaires 10 et 11.On assure ainsi la liaison thermique des assemblages par brasure froide d'un microréfrigérateur thermoélectrique avec les canaux d'alimentation et la chaleur qui passe à travers les parois d'une pompe capillaire est compensée suivant toute la longueur. FIG. 1 shows, by way of illustrative example, a two-phase capillary pumped heat transfer circuit which includes evaporators 1 and 2 and a condenser 3, which are connected together by conduits (a steam line 4 and a condensate line 5) and a tank 6, connected to the condensate line 5 by a particular line 7. The evaporators are equipped with thermoelectric micro-refrigerators 8, 9. The assembly by hot soldering of each thermoelectric micro-refrigerator is connected to heat supply zones of its evaporator and the assembly by cold solder is connected to the corresponding supply channels of the capillary pumps 12 and 13 by means of additional thermal tubes 10 and 11. This thus ensures the thermal connection of the assemblies by cold soldering of a thermoelectric micro-refrigerator with the supply channels and the heat which passes through the walls of a capillary pump is compensated along the entire length.
Sur la figure 2, on a représenté que la chaleur peut être transférée de l'assemblage par brasure chaude à la zone d'amenée de chaleur également à l'aide d'un conducteur de chaleur, par exemple, de tubes thermiques 14, 15. In FIG. 2, it has been shown that the heat can be transferred from the assembly by hot soldering to the heat supply zone also using a heat conductor, for example, thermal tubes 14, 15 .
Les tubes thermiques supplémentaires peuvent être fixés à l'intérieur des canaux d'alimentation à l'aide de fixateurs appropriés 16 (coupe A-A), réalisés en forme d'ailettes longitudinales. Lesdites ailettes permettent de créer un système des canaux d'alimentation longitudinaux refroidis. The additional thermal tubes can be fixed inside the supply channels using suitable fixers 16 (section A-A), produced in the form of longitudinal fins. Said fins make it possible to create a system of cooled longitudinal supply channels.
La figure 3 représente la deuxième variante de l'invention réalisée en forme d'un circuit de transfert de chaleur à deux phases comprenant deux évaporateurs équipés de microréfrigérateurs thermoélectriques, dont les assemblages par brasure chaude sont reliés à la zone d'amenée de chaleur de l'évaporateur et les assemblages par brasure froide sont reliés à une partie de la conduite de condensat qui s'applique directement à la pompe capillaire. Ladite partie de la conduite de condensat est reliée aux canaux d'alimentation par une structure capillaire supplémentaire 17, 18.Les éléments intérieurs du circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire (un canal d'alimentation + une partie adjacente de la conduite de condensat) reliés par une structure capillaire supplémentaire font office, en réalité, de tube thermique qui absorbe la chaleur suivant toute la longueur du canal d'alimentation et cède cette chaleur à l'endroit du montage de l'assemblage par brasure froide du microréfrigérateur thermoélectrique.Il convient de noter que pour évacuer la chaleur, on utilise toujours, dans le canal d'alimentation, le même caloporteur qui est utilisé dans le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire (par exemple, ammoniac) tandis que dans la variante précédente, il est possible d'utiliser, dans le tube thermique supplémentaire et dans le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire, différents caloporteurs (par exemple, fréon/ammoniac). FIG. 3 represents the second variant of the invention produced in the form of a two-phase heat transfer circuit comprising two evaporators equipped with thermoelectric micro-refrigerators, the assemblies of which by hot brazing are connected to the heat supply zone of the evaporator and the cold solder connections are connected to a part of the condensate line which applies directly to the capillary pump. Said part of the condensate line is connected to the supply channels by an additional capillary structure 17, 18. The internal elements of the two-phase capillary pumped heat transfer circuit (a supply channel + an adjacent part of the condensate line) connected by an additional capillary structure actually function as a thermal tube which absorbs heat along the entire length of the supply channel and transfers this heat to the place of assembly of the assembly by cold solder thermoelectric micro-fridge. It should be noted that in order to dissipate the heat, the same coolant is always used in the supply channel which is used in the two-phase capillary pumped heat transfer circuit (for example, ammonia ) while in the previous variant, it is possible to use, in the additional thermal tube and in the heat transfer circuit r two-phase and capillary pumped, different heat transfer fluids (for example, freon / ammonia).
Sur la figure 4, on a représenté que la chaleur peut aussi être transférée depuis l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique dans la zone d'amenée de chaleur à l'aide d'un conducteur thermique, par exemple des tubes thermiques 19, 20. In FIG. 4, it has been shown that heat can also be transferred from the assembly by hot soldering of the thermoelectric micro-refrigerator in the heat supply zone using a thermal conductor, for example thermal tubes 19, 20.
La vue E (figure 4) représente un endroit où est reliée la conduite de condensat à la structure capillaire supplémentaire. Il est possible de monter, à cet endroit, une structure capillaire finement poreuse 21 qui fera fonction d'isolateur capillaire dont la dimension des pores est inférieure à la dimension des pores de la structure capillaire supplémentaire et qui empêchera la vapeur de sortir dans la canalisation de liquide (partie commune de la conduite de condensat) et d'influencer sur le fonctionnement d'autres évaporateurs. View E (Figure 4) shows a place where the condensate line is connected to the additional capillary structure. It is possible to mount, at this location, a finely porous capillary structure 21 which will act as a capillary insulator whose pore size is smaller than the pore size of the additional capillary structure and which will prevent steam from escaping into the pipe. liquid (common part of the condensate line) and influence the operation of other evaporators.
Le circuit de transfert de chaleur à deux phases et & pompage capillaire fonctionne de la manière suivante. The two-phase heat transfer & capillary pumping circuit operates as follows.
L'amenée de chaleur aux évaporateurs et une attaque thermique agissant sur la pompe capillaire ainsi que l'attaque thermique entre les zones d'amenée de chaleur des évaporateurs et le condenseur contribuent à la circulation du caloporteur à l'intérieur du circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire. Le caloporteur s'évapore de la surface extérieure de la pompe capillaire et est transporté en forme d'un courant de vapeur à travers la conduite de vapeur vers le condenseur où cette vapeur est condensée et puis revient en forme du liquide refroidi vers les évaporateurs. Pour le fonctionnement normal (suralimentation) de la pompe capillaire, le liquide entrant dans les canaux d'alimentation de la pompe capillaire doit être respectivement refroidi du fait que la chaleur, qui doit être compensée, pénètre à travers les parois de la pompe capillaire dans les canaux d'alimentation. Toutefois, la consommation du caloporteur refroidi circulant à travers un canal d'alimentation en liquide de chaque pompe capillaire et, respectivement, les réserves de la capacité de réfrigération du courant de liquide arrivant dépendent de la charge thermique appliquée audit évaporateur. Par exemple, si la charge thermique décroît sur l'un des évaporateurs, le débit du caloporteur dans le canal d'alimentation d'une pompe capillaire correspondant décroît lui aussi.En même temps, le flux thermique passant à travers la pompe capillaire dudit évaporateur peut être suffisamment important du fait que la charge thermique totale (compte tenu de la charge thermique des autres évaporateurs) peut créer un gradient thermique assez important à tous les évaporateurs (pompes capillaires) du circuit en question. A ce moment, la formation de la vapeur commence dans le canal d'alimentation de l'évaporateur faiblement chargé et empêche l'arrivée du liquide alimentant la pompe capillaire. L'endroit du canal d'alimentation qui se trouve à la plus grande distance par rapport au raccordement avec la conduite de condensat est le plus vulnérable au point de vue de la formation de vapeur et du blocage de la suralimentation du fait que le débit de liquide à cet endroit est minimal et sa température est maximale.Un microréfrigérateur thermoélectrique, monté sur un évaporateur, permet de prévenir la croissance progressive des bulles de vapeur. La chaleur nécessaire à maintenir la capacité de fonctionnement de la pompe capillaire est évacuée à travers la liaison thermique de l'assemblage par brasure froide du microréfrigérateur thermoélectrique avec le canal d'alimentation de la pompe capillaire. Ladite liaison thermique est créée à l'aide d'un tube thermique supplémentaire. Dans ce cas, le liquide se déplace suivant toute la longueur du canal d'alimentation à travers un espacement et est refroidi indépendamment de la variation du débit.Dans le cas de difficultés dues à la construction et à la technologie de la réalisation de la liaison de l'assemblage par brasure chaude du microréfrigérateur thermoélectrique avec l'évaporateur, ladite liaison peut être réalisée à l'aide d'une barre thermique, par exemple, en cuivre ou à l'aide d'un tube thermique. On ne modifie pas le principe de fonctionnement du dispositif. Toutefois, l'efficacité de fonctionnement du microréfrigérateur thermoélectrique baisse.The heat supply to the evaporators and a thermal attack acting on the capillary pump as well as the thermal attack between the heat supply zones of the evaporators and the condenser contribute to the circulation of the coolant inside the heat transfer circuit. two-phase heat with capillary pumping. The coolant evaporates from the outer surface of the capillary pump and is transported in the form of a vapor stream through the vapor line to the condenser where this vapor is condensed and then returns in the form of the cooled liquid to the evaporators. For normal operation (supercharging) of the capillary pump, the liquid entering the capillary pump supply channels must be cooled respectively since the heat, which must be compensated, penetrates through the walls of the capillary pump into supply channels. However, the consumption of the cooled coolant circulating through a liquid supply channel of each capillary pump and, respectively, the reserves of the refrigeration capacity of the incoming liquid stream depend on the thermal load applied to said evaporator. For example, if the thermal load decreases on one of the evaporators, the flow of the coolant in the supply channel of a corresponding capillary pump also decreases. At the same time, the heat flow passing through the capillary pump of said evaporator may be large enough because the total thermal load (given the thermal load of other evaporators) can create a fairly large thermal gradient at all evaporators (capillary pumps) in the circuit in question. At this time, the formation of vapor begins in the supply channel of the lightly charged evaporator and prevents the arrival of the liquid supplying the capillary pump. The location of the supply channel which is at the greatest distance from the connection with the condensate line is the most vulnerable from the point of view of the formation of vapor and blockage of the supercharging since the flow of liquid in this place is minimal and its temperature is maximum. A thermoelectric micro-fridge, mounted on an evaporator, helps prevent the progressive growth of vapor bubbles. The heat necessary to maintain the operating capacity of the capillary pump is removed through the thermal connection of the assembly by cold soldering of the thermoelectric micro-refrigerator with the supply channel of the capillary pump. Said thermal connection is created using an additional thermal tube. In this case, the liquid moves along the entire length of the supply channel through a gap and is cooled regardless of the variation in the flow. In the case of difficulties due to the construction and the technology of the realization of the connection of the assembly by hot soldering of the thermoelectric micro-fridge with the evaporator, said connection can be made using a thermal bar, for example, made of copper or using a thermal tube. The operating principle of the device is not changed. However, the operating efficiency of the thermoelectric micro-fridge decreases.
La structure capillaire supplémentaire réalisée selon la deuxième variante (mode représenté sur la figure 4) fonctionne d'une manière différente. En réalité, elle forme un tube thermique à l'intérieur d'un canal d'alimentation mais elle utilise pour son fonctionnement un caloporteur identique à celui utilisé dans le circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire. Dans ce cas, on atteint le même objectif. A l'aide du refroidissement actif, on prévient la croissance progressive des bulles de vapeur dans les canaux d'alimentation des pompes capillaires. The additional capillary structure produced according to the second variant (mode shown in Figure 4) works in a different way. In reality, it forms a thermal tube inside a supply channel but it uses for its operation a coolant identical to that used in the two-phase heat transfer circuit with capillary pumping. In this case, we reach the same objective. Using active cooling, the progressive growth of vapor bubbles in the supply channels of the capillary pumps is prevented.
Toutefois, dans ce cas, une formation locale de vapeur est admissible. La vapeur qui est formée pendant un régime transitoire peut refouler le liquide dans la direction inverse mais seulement jusqu'à l'endroit où est monté l'assemblage par brasure froide du microréfrigérateur thermoélectrique du fait que, après la libération de cet endroit, le liquide ouvre la surface de condensation. Pendant cette formation contrôlée de la vapeur, le liquide pour la suralimentation de la pompe capillaire est déplacé vers les parois des canaux d'alimentation à l'aide de la même structure capillaire supplémentaire. Pendant le fonctionnement d'un circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire comprenant plusieurs évaporateurs, la vapeur pourra pénétrer dans la canalisation d'alimentation.Dans le but de prévenir cet inconvénient, on a réalisé la partie de la structure capillaire supplémentaire qui obture la sortie de la conduite de condensat en un matériau finement poreux et elle fait fonction d'isolateur capillaire. Ainsi, on a localisé la formation de la vapeur dans un seul évaporateur tant pour l'objectif thermique que pour l'objectif hydraulique.However, in this case, local vapor formation is admissible. The vapor which is formed during a transient regime can discharge the liquid in the reverse direction but only to the place where the assembly is mounted by cold soldering of the thermoelectric micro-fridge since, after the release of this place, the liquid opens the condensation surface. During this controlled vapor formation, the liquid for the supercharging of the capillary pump is moved to the walls of the supply channels using the same additional capillary structure. During the operation of a two-phase capillary pumped heat transfer circuit comprising several evaporators, steam may enter the supply line. In order to prevent this drawback, the part of the capillary structure has been produced. which closes the outlet of the condensate pipe in a finely porous material and acts as a capillary insulator. Thus, the formation of steam was localized in a single evaporator for both the thermal objective and the hydraulic objective.
Les microréfrigérateurs thermoélectriques peuvent être mis en action tant pour toute la période du fonctionnement du circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire que pur certaines durées de temps qui sont caractérisées par un risque d'avaries. Il est également possible d'utiliser des moyens automatiques qui mettent les microréfrigérateurs thermoélectriques en marche conformément à une minuterie électronique, aux indications des capteurs de température etc. (autrement dit, le microréfrigérateur thermoélectrique peut être mis en action, contrôlé et commandé spécialement compte tenu de situations éventuelles pouvant entraîner des pannes). Thermoelectric micro-refrigerators can be operated both for the entire period of operation of the two-phase capillary pumped heat transfer circuit and for certain periods of time which are characterized by a risk of damage. It is also possible to use automatic means which start the thermoelectric micro-refrigerators in accordance with an electronic timer, the indications of the temperature sensors etc. (in other words, the thermoelectric micro-fridge can be put into action, controlled and ordered specially taking into account possible situations which could cause breakdowns).
L'application de l'invention permettra d'élargie les possibilités de l'utilisation du circuit de transfert de chaleur à deux phases et à pompage capillaire pour le refroidissement des objets qui dégagent de la chaleur (dans le domaine cosmique et dans d'autres branches de l'industrie) en assurant le fonctionnement fiable des évaporateurs dans les cas d'une modification des conditions dans la zone de l'amenée de la chaleur et/ou de l'évacuation de la chaleur, lors d'une répartition irrégulière ou discontinue de la charge thermique aux évaporateurs ainsi que pendant d'autres régimes transitoires pouvant aboutir au dessèchement des évaporateurs. The application of the invention will widen the possibilities of using the two-phase capillary pumping heat transfer circuit for cooling objects which give off heat (in the cosmic field and in other branches of industry) ensuring reliable operation of the evaporators in the event of a change in conditions in the area of heat supply and / or heat dissipation, during uneven distribution or discontinuous thermal load at the evaporators as well as during other transient regimes which may lead to drying out of the evaporators.
Sources de l'information
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Conference, 25-29 Mai 1987, Grenoble, France. 3. J. Ku, E. Kroliczek, R. McIntosh, "CAPILLARY PUMPED
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