NO119640B

NO119640B -

Info

Publication number: NO119640B
Application number: NO163832A
Authority: NO
Inventors: M Beurtheret
Original assignee: Thomson Houston Comp Francaise
Priority date: 1965-07-07
Filing date: 1966-07-07
Publication date: 1970-06-15
Also published as: GB1126265A; IL26024A; DE1501485A1; SU361591A3; FR1476550A; DE1501485B2; BE683421A; AT262344B; NL6609517A; CH522191A; US3384160A; LU51470A1

Description

Varmeoverf^ringsapparat. Heat transfer apparatus.

Oppfinnelsen vedrører varméover føringsapparat som omfatter The invention relates to a heat transfer device which includes

en av et varmeledende materiale bestående vegg, hvis ene side utsettes for en varmekilde og hvis annen side utgjør i det minste en del av innsiden av et kammer som inneholder en fordampbar væskemengde , hvorved nevnte annen side av veggen har varmeavledende fremspring som rager inn i væsken, samt organ for underkjøling av væsken til en temperatur under væskens metningstemperatur ved væskens foreliggende trykk, hvorved væsken vil fordampe nær de varmefordelende fremspring og dampen vil rekondensere i den underkjølte væske. a wall consisting of a heat-conducting material, one side of which is exposed to a heat source and the other side of which forms at least part of the inside of a chamber containing an evaporable amount of liquid, whereby said other side of the wall has heat-dissipating projections that project into the liquid , as well as means for subcooling the liquid to a temperature below the liquid's saturation temperature at the liquid's current pressure, whereby the liquid will evaporate near the heat-distributing projections and the steam will recondense in the subcooled liquid.

Søkeren har i en rekke tidligere patenter beskrevet varmeover-føringsapparater av dette slag, hvor varmeoverføringseffekten er sterkt forbedret i forhold til tidligere kjente apparater ved at det anordnes forlengelser eller fremspring på den veggflate som utsettes for den fordampbare væske. Disse fremspring medfører opprettelse av stabile temperaturgradienter over fremspringenes sideflater, slik at temperaturen ved foten av fremspringene er betydelig høyere enn temperaturen ved spissen, som rager inn i den omgivende væske. Den varmespredende overflate er således ikke isotermisk, i motsetning In a number of previous patents, the applicant has described heat transfer devices of this kind, where the heat transfer effect is greatly improved compared to previously known devices by arranging extensions or protrusions on the wall surface which is exposed to the evaporable liquid. These protrusions result in the creation of stable temperature gradients over the side surfaces of the protrusions, so that the temperature at the base of the protrusions is significantly higher than the temperature at the tip, which projects into the surrounding liquid. The heat-dissipating surface is thus not isothermal, on the contrary

til de isotermiske varmesprederflater som med hensikt ble opprettholdt ved tidligere kjente fordampnings-varmeoverføringskonstruk-sj oner. to the isothermal heat spreader surfaces which were intentionally maintained by previously known evaporative heat transfer constructions.

Det viste seg at det ved bruk av slike varmespredende frem - spring var mulig å drive varmeoverføringsanordningene ved betydelig høyere temperaturer, og således ved vesentlig større varmesprednings - hastighet og -effekt enn hva som hadde vært mulig med de kjente, isotermiske varmesprederflater uten fare for lokale "overopphetede ste-der", som kunne føre til ødeleggende smelting av metallet i den varme-spredende vegg. En detaljert teoretisk forklaring på fenomenet er f. eks. gitt i søkerens US patent nr. 3 235 004, og vil bare bli streifet i korthet her. It turned out that by using such heat-dispersing springs, it was possible to operate the heat transfer devices at significantly higher temperatures, and thus at significantly greater heat-dispersion speed and effect than would have been possible with the known, isothermal heat-dissipating surfaces without danger of local "overheated places", which could lead to destructive melting of the metal in the heat-dissipating wall. A detailed theoretical explanation of the phenomenon is e.g. given in Applicant's US Patent No. 3,235,004, and will only be briefly touched on here.

Det kan sies at overflatens temperatur i de isotermiske, varme-spredende overflater som tidligere var i bruk, måtte holdes noe lavere enn den såkalte kritiske temperatur, som kunne fastsettes for enhver væske og enhver driftstemperatur ut fra den såkalte Nukiyam a kurve for vedkommende væske. Det kritiske punkt for vann ved atmosfæretrykk var f. eks. ca. 125°C. Hvis en bestemt kritisk varmestrøm ble forsøkt overskredet, oppsto det en ustabil eller ukontrollert tilstand, hvor veggens temperatur når som helst plutselig kunne nå enormt store høyder, f. eks. fra de nevnte 125°C til over 1000°C ved vann under atmosfæretrykk, med derav følgende ødeleggende smelting av veggen. It can be said that the surface temperature in the isothermal, heat-dissipating surfaces that were previously in use had to be kept somewhat lower than the so-called critical temperature, which could be determined for any liquid and any operating temperature based on the so-called Nukiyam a curve for the liquid in question. The critical point for water at atmospheric pressure was e.g. about. 125°C. If a certain critical heat flow was attempted to be exceeded, an unstable or uncontrolled condition arose, where the temperature of the wall could at any time suddenly reach enormous heights, e.g. from the aforementioned 125°C to over 1000°C with water under atmospheric pressure, with consequent destructive melting of the wall.

Ved de ikke-isotermiske, varmespredende overflater som omfat-tet spor eller kanaler mellom veggfremspring, som beskrevet i søkerens tidligere patenter, omsluttet på den annen side de etablerte stabile temperaturgradienter langs fremspringene det kritiske punkt, idet temperaturen ved fremspringenes føtter var høyere og spisstemperaturen vesentlig lavere enn nevnte kritiske temperatur. Det viste seg at det på grunn av den således oppnådde temperaturstabiliserende virkning var mulig å In the case of the non-isothermal, heat-dissipating surfaces that included grooves or channels between wall protrusions, as described in the applicant's previous patents, on the other hand, the established stable temperature gradients along the protrusions enclosed the critical point, the temperature at the feet of the protrusions being higher and the tip temperature significantly lower than said critical temperature. It turned out that due to the temperature stabilizing effect thus achieved it was possible to

gjennomføre en slik drift av den varmespredende konstruksjon at tempe- carry out such an operation of the heat-dissipating structure that the tempe-

råturen på overflaten av fremspringenes føtter til enhver tid kunne holdes på nivåer som langt overskred det såkalte kritiske nivå uten at temperaturen viste tegn til å løpe løpsk og fremkalle metallsmelting. Det kunne således oppnåes langt høyere temperaturoverførings-hastigheter uten derav følgende risikomoment. the roughness on the surface of the feet of the projections could at all times be kept at levels far exceeding the so-called critical level without the temperature showing signs of running wild and inducing metal melting. Much higher temperature transfer rates could thus be achieved without the resulting risk factor.

Søkerens ikke isotermiske varmeoverføringskonstruksjoner har Applicant's non isothermal heat transfer structures have

i de siste år funnet forskjellige industrielle anvendelsesområder. in recent years found various industrial application areas.

Først og fremst har de vært brukt for kjøling av anoder og kollektorer for kraftige elektronutladningsrør , som televisjons-transmisjonsrør , klystroner og lignende. Som følge av den betydelige effektøkning som muliggjøres ved de forbedrete kjølere, har søkerens ikke isotermiske kjølere (kjent under varemerket Vapotron) praktisk talt erstattet alle tidligere brukte kjøleanordninger, idet "Vapotron"-konstruksjonens grunnleggende idé også er blitt tilpasset for kjøling av forbrennings-motorsylindre og såvel kjemiske som kjernefysiske reaktorer. First and foremost, they have been used for cooling anodes and collectors for powerful electron discharge tubes, such as television transmission tubes, klystrons and the like. As a result of the significant increase in power made possible by the improved coolers, applicant's non-isothermal coolers (known under the trademark Vapotron) have practically replaced all previously used cooling devices, the basic idea of the "Vapotron" design having also been adapted for cooling internal combustion engine cylinders and both chemical and nuclear reactors.

Ved søkerens tidligere ikke isotermiske (Vapotron) varmeover-føringskonstruksjoner ble de store dampbobler som dannes ved den fordampbare væskes koking ved tilstedeværelse av kjerner (nucleate boil-ing) nær fremspringene i det minste ledet fra den varmespredende flate og sammen med væsken ført fra kjelen til kondensatoranordninger utenfor kjelen, hvor dampen ble kondensert og i væskeform resirkulert gjennom kjelen forbi varmesprederflaten. Foreliggende oppfinnelse har delvis sitt utspring i den erkjennelse at de kjente ikke isotermiske varme-overføringskonstruksjoner kunne få ytterligere øket effekt, hvis rekon-denseringen av den fordampede væske, i stedet for å skje utenfor kjelen, kunne gjennomføres innenfor den fordampbare væske i forholdsvis liten avstand fra varmesprederflaten og dennes fremspring. Med andre ord ble det funnet ønskelig å utnytte det som er kjent som "overfladisk" eller "lokal koking" ved søkerens ikke isotermiske (Vapotron) fordampnings -varmeoverføringskonstruksjoner. In the applicant's previous non-isothermal (Vapotron) heat transfer constructions, the large steam bubbles formed by the boiling of the evaporable liquid in the presence of nuclei (nucleate boil-ing) near the projections were at least conducted from the heat-dissipating surface and together with the liquid from the boiler to condenser devices outside the boiler, where the steam was condensed and in liquid form recirculated through the boiler past the heat spreader surface. The present invention partly originates from the recognition that the known non-isothermal heat transfer structures could have a further increased effect, if the recondensation of the vaporized liquid, instead of taking place outside the boiler, could be carried out within the vaporizable liquid at a relatively small distance from the heat spreader surface and its projections. In other words, it was found desirable to utilize what is known as "superficial" or "local boiling" in applicant's non-isothermal (Vapotron) evaporation heat transfer designs.

I standardverket av William H. McAdams, "Heat Transmission", McGraw-Hill book C°, 3. utg. angis på side 389: "Overflate- eller lokal koking er en form for koking ved tilstedeværelse av kjerner .hvilken koking finner sted, når en væske ved en temperatur som ligger under metningstemperaturen bringes i kontakt med en metallflate som er varm nok til å forårsake koking på varmeelementets overflate. Dampboblene kondenserer i den kalde væske, og det skjer ingen nettoutvikling av damp med avgasset væske. Det kan oppnåes overordentlig høye hin-nekoeffisienter og spisstrømninger; og lokal koking er således fordel- In the standard work by William H. McAdams, "Heat Transmission", McGraw-Hill book C°, 3rd ed. stated on page 389: "Surface or local boiling is a form of boiling in the presence of nuclei .which boiling takes place when a liquid at a temperature below its saturation temperature is brought into contact with a metal surface hot enough to cause boiling on the surface of the heating element. The steam bubbles condense in the cold liquid, and there is no net evolution of steam with degassed liquid. Extremely high heat coefficients and feed flows can be achieved; and local boiling is thus advantageous-

aktig for formål hvor sterk påkjenning finner sted". suitable for purposes where strong stress takes place".

Teoretisk kan overflatekoking lett tilveiebringes i fordampnings - kjølesystem ganske enkelt ved at den fordampbare væskes temperatur holdes på et nivå som ligger tilstrekkelig langt under væskens metnings - temperatur ved det trykk som benyttes, dvs. ved "underkjøling" av væsken. Slik underkjøling fremkalles ifølge en av to prinsipielle metoder: (l) væsken sirkuleres gjennom kjelen ved tilstrekkelig strømningshastig - het, eller (Z) det anordnes ytterligere en varmeveksler i kjelen, f. eks. en kjølespiral, hvor et annet kjølemedium sirkulerer, slik at den primære fordampbare væske kan holdes stasjonært i kjelen. Theoretically, surface boiling can be easily provided in an evaporative cooling system simply by keeping the evaporable liquid's temperature at a level that is sufficiently far below the liquid's saturation temperature at the pressure used, i.e. by "subcooling" the liquid. Such subcooling is induced according to one of two principle methods: (l) the liquid is circulated through the boiler at a sufficient flow rate, or (Z) an additional heat exchanger is arranged in the boiler, e.g. a cooling coil, where another cooling medium circulates, so that the primary evaporable liquid can be kept stationary in the boiler.

Da det imidlertid i praksis ble forsøkt å oppnå overflatekoking og rekondensering av dampboblene i kjelen for en ikke-isotermisk fordamp-ningskjøler av søkerens kjente konstruksjon, oppsto det en uventet vanskelighet ved begge ovennevnte underkjølingsmetoder ved alle, bortsett fra forholdsvis lave, varme spredning shastigheter . Prosessen ble støy-ende uregelmessig, med høylytte gjentatte slag i kjelen. Søkerens under-søkelser viste at dette ikke bare skyldtes den faktiske koking, men en sterk og hurtig trykkfluktuasjon, fremkalt av den gjentatte fordampning pg rekondensering i kjelen. Forholdet var uheldig, ikke bare på grunn av selve lyden, som i mange tilfelle i seg selv ville gjort anvendelse umulig, men fordi de brå trykkfluktuasjoner, som lyden indikerer og som antas å ha en amplityde på mange atmosfærer, forårsaker hulrom og sugevirkning som er ødeleggende for en stabil kokningsprosess. Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å eliminere denne vanskelighet. However, when in practice it was attempted to achieve surface boiling and recondensation of the steam bubbles in the boiler for a non-isothermal evaporative cooler of the applicant's known construction, an unexpected difficulty arose with both of the above-mentioned subcooling methods at all but relatively low heat dissipation rates. The process became noisy and irregular, with loud repeated blows in the boiler. The applicant's investigations showed that this was not only due to the actual boiling, but a strong and rapid pressure fluctuation, caused by the repeated evaporation due to recondensation in the boiler. The situation was unfortunate, not only because of the sound itself, which in many cases would in itself make application impossible, but because the sudden pressure fluctuations, which the sound indicates and which are assumed to have an amplitude of many atmospheres, cause cavities and suction which are destructive to a stable cooking process. The main purpose of the present invention is to eliminate this difficulty.

Oppfinnelsen går således ut på å tilveiebringe forbedrete ikke isotermiske konstruksjoner for varmespredning ved fordampning, hvor driftseffekten og varmespredningskapasiteten ytterligere økes i forhold til kjente anordninger; å tilveiebringe slike konstruksjoner, hvor væsken underkjøles for å rekondensere dampen tilnærmet straks den dannes, The invention thus aims at providing improved non-isothermal constructions for heat dispersion by evaporation, where the operating effect and heat dispersion capacity are further increased in relation to known devices; to provide such constructions, where the liquid is subcooled to recondense the vapor almost as soon as it is formed,

og som like fullt drives jevnt og lydløst; å tilveiebringe ikke isotermiske varmespredende eller kjølende apparater, som kan drives ved meget høy varmespredningshastighet, idet det benyttes et volum av fordampbar væske under i det vesentlige statisk trykk, samtidig som prosessen forløper jevnt og lydløst; å tilveiebringe slike konstruksjoner som kan virke tilfredsstillende i enhver stilling, det være seg vertikal, dvs. stående, skråstilt, horisontal eller snudd opp ned, og som likeledes kan funksjonere i fravær av et gravitasjonsfelt. and which is equally driven smoothly and silently; to provide non-isothermal heat spreading or cooling devices, which can be operated at a very high heat spreading rate, using a volume of evaporable liquid under essentially static pressure, while the process proceeds smoothly and silently; to provide such constructions which can work satisfactorily in any position, be it vertical, i.e. standing, inclined, horizontal or upside down, and which can also function in the absence of a gravitational field.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et apparat av ovennevnte type som kjennetegnes ved at det i kammeret er anordnet midler som utsettes for væsken i kammeret og som komprimeres og ekspanderer elastisk i avhengighet av trykkfluktuasjoner som oppstår som følge av nevnte fordampning og rekondensering, for utligning av slike fluktuasjoner. Som følge av dette vil dampboblene som er dannet nær fremspringene rekondenseres i den underkjølte væske tilnærmet så snart de dannes. Andre organer anordnes i en trykkoverførende forbindelse med væsken i kamret og som ved elastisk kompresjon og ekspansjon kan utligne trykkfluktuasjoner , som produseres ved fordampning og rekondensering av væsken, slik at de nevnte fluktuasjoner dempes til et minimum. This is achieved according to the invention by an apparatus of the above-mentioned type which is characterized by the fact that means are arranged in the chamber which are exposed to the liquid in the chamber and which compress and expand elastically in dependence on pressure fluctuations which occur as a result of said evaporation and recondensation, for equalizing such fluctuations. As a result, the vapor bubbles formed near the protrusions will recondense in the supercooled liquid almost as soon as they are formed. Other organs are arranged in a pressure-transmitting connection with the liquid in the chamber and which, by elastic compression and expansion, can compensate for pressure fluctuations, which are produced by evaporation and recondensation of the liquid, so that the aforementioned fluctuations are dampened to a minimum.

De elastiske ekspander bare , fluktuasjonsdempende organer kan i en utførelse omfatte minst én del med et hulrom og fremstilt av gummilignende platemateriale, som delvis er oppblåst med gass, slik at den kan minne om en halvtømt ballong, som er anordnet i kamret, f en annen utførelse kan nevnte fluktuasjonsdempende organ omfatte et fleksibelt diafragma, som er montert slik at dets ene side befinner seg i kontakt med væsken i kamret, mens den annen side befinner seg i kontakt med en gass under et passende trykk. I en tredje utførelse kan de nevnte organer ganske enkelt utgjøres av en damplomme , anordnet slik at den under anordningens drift holdes i en øvre del av kamret, ovenfor væsken. The elastically expandable, fluctuation-damping means can in one embodiment comprise at least one part with a cavity and made of rubber-like plate material, which is partially inflated with gas, so that it can resemble a half-deflated balloon, which is arranged in the chamber, f another embodiment, said fluctuation damping member may comprise a flexible diaphragm, which is mounted so that one side of it is in contact with the liquid in the chamber, while the other side is in contact with a gas under a suitable pressure. In a third embodiment, the aforementioned bodies can simply consist of a steam pocket, arranged so that during the device's operation it is held in an upper part of the chamber, above the liquid.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives ved hjelp av utførelseseks-empler under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser en forenklet gjengivelse av et aksialt tverrsnitt av den varmespredende konstruksjon ifølge oppfinnelsen, brukt for kjøling av anodene for et kraftig elektronrør, hvilken konstruksjon omfatter en stasjonær mengde fordampbar væske sammen med en sekundær varmeveksler i form av en kjølespiral for underkjøling av væsken. The invention shall be described in more detail with the help of design examples with reference to the drawings. Fig. 1 shows a simplified rendering of an axial cross-section of the heat-dissipating construction according to the invention, used for cooling the anodes of a powerful electron tube, which construction comprises a stationary amount of evaporable liquid together with a secondary heat exchanger in the form of a cooling coil for subcooling the liquid .

Fig. 2 viser et delsnitt av en modifikasjon. Fig. 2 shows a partial section of a modification.

Fig. 3 viser ytterligere en modifikasjon. Fig. 3 shows a further modification.

Fig. 4 viser en gjengivelse i likhet med fig. 1, hvor de elastiske ekspander bar e organer ifølge oppfinnelsen er utformet på en annen måte (som en ringvulst) og plassert på en annen måte. Fig. 5 viser en utførelse, hvor den fordampbare væske kontinuerlig sirkuleres gjennom kjelen for at man skal oppnå den ønskede under-kjølende virkning. Fig. 6 viser en modifikasjon av den utførelse som er vist i fig. 5. Fig. 7 er en forenklet gjengivelse i aksialsnitt av en utførelse, hvor det elastisk ekspander bare organ er anordnet som en lomme av damp som samles øverst i kjelen. Fig. 8 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som utgjør en foretrukket modifikasjon av den utførelse som er vist i fig. 7. Fig. 4 shows a rendering similar to fig. 1, where the elastic expander bar e bodies according to the invention are designed in a different way (as an annular bead) and placed in a different way. Fig. 5 shows an embodiment where the evaporable liquid is continuously circulated through the boiler in order to achieve the desired sub-cooling effect. Fig. 6 shows a modification of the embodiment shown in fig. 5. Fig. 7 is a simplified representation in axial section of an embodiment, where the elastic expander body is arranged as a pocket of steam which collects at the top of the boiler. Fig. 8 illustrates an embodiment of the invention which constitutes a preferred modification of the embodiment shown in fig. 7.

I den utførelse som er vist i fig. 1 betegner 1 en oppvarmet gjen-stand som skal kjøles ved hjelp av varmeoverføringsapparatet ifølge oppfinnelsen. Gjenstanden 1 er her en anode for et sterkt elektronrør og har formen av et i det vesentlige sylindrisk legeme som er lukket øverst. Rørets innvendige komponenter er ikke vist og kan omfatte den vanligvis meget varme katode, fra hvilken elektroner utsendes mot anodens 1 innerflate, samt et antall vanlige kontrollelektroder m.v. Innerflaten av anoden 1 oppvarmes således under drift av elektronbom-bardementet ved meget store hastigheter, og denne varme spres ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen. In the embodiment shown in fig. 1 denotes a heated object which is to be cooled by means of the heat transfer device according to the invention. Object 1 is here an anode for a strong electron tube and has the shape of an essentially cylindrical body which is closed at the top. The internal components of the tube are not shown and may include the usually very hot cathode, from which electrons are emitted towards the inner surface of the anode 1, as well as a number of normal control electrodes etc. The inner surface of the anode 1 is thus heated during operation of the electron bombardment at very high speeds, and this heat is spread by means of the device according to the invention.

Det varmespredende apparat omfatter en basis 2 i form av en flat skive, som omgir basis av anoden 1 og er avtettende festet omkring anodens omkrets ved en loddet eller annen passende skjøt. Montert på basis eller bunnplaten 2 er et klokkeformet deksel 3, som nederst er loddet eller på annen måte avtettende festet til bunnplatens 2 øvre omkrets, og som begrenser et avtettet kjelkammer ovenfor og omkring anoden 1. Det klokkeformete deksel 3 har øverst en påfyllingsåpning, som er lukket ved hjelp av en gjenget plugg 10. Kjelens indre rom fylles gjennom nevnte åpning med en mengde 9 av en passende væske, vanligvis destillert vann. The heat dissipating device comprises a base 2 in the form of a flat disk, which surrounds the base of the anode 1 and is sealed around the circumference of the anode by a soldered or other suitable joint. Mounted on the base or base plate 2 is a bell-shaped cover 3, which at the bottom is soldered or otherwise sealingly attached to the upper circumference of the base plate 2, and which limits a sealed boiler chamber above and around the anode 1. The bell-shaped cover 3 has a filling opening at the top, which is closed by means of a threaded plug 10. The internal space of the boiler is filled through said opening with a quantity 9 of a suitable liquid, usually distilled water.

I kjelens indre rom som begrenses av klokken 3, er det anbrakt en kjølespiral 6 av konvensjonelt slag, i form av et spiralformet rør av passende varmeledende metall, som kobber. I fig. 1 er det vist to rørspiralbunter som koaksialt omgir anoden 1. Endene av rørspiralen 6 er ført ut av klokkens 3 sidevegg for å danne innløp 7 og utløp 8 for en kjølevæske som sirkulerer gjennom spiralen fra et konvensjonelt væskesirkulasjonssystem som ikke er viet. Kjølespiralen utgjør således en sekundær varmeveksler, som tjener til å kjøle den primære varmevekslervæske 9. Ved å sirkulere en sekundær kjølevæske gjennom spiralen 6 ved stor strømhingshaatighet er det mulig å holde den stort sett stasjonære primære væske 9 i kjelkamret ved en temperatur under væskens metningstemperatur, dvs. "underkjøle" nevnte væske. Under slike forhold vil de dampbobler som dannes i væsken 9 nær den intenst hete overflate av anoden 1 bringes til å rekondensere i den forholdsvis kalde væske 9 så snart de dannes og det skjer ingen nettodan-nelse av damp i væsken 9- En slik tilstand kalles overflatekoking eller lokal koking og er kjent for å være i stand til å generere forholdsvis In the internal space of the boiler, which is limited by the clock 3, a cooling coil 6 of a conventional type, in the form of a spiral tube of a suitable heat-conducting metal, such as copper, is placed. In fig. 1 two coil bundles are shown coaxially surrounding the anode 1. The ends of the coil 6 are led out of the side wall of the bell 3 to form inlets 7 and outlets 8 for a cooling liquid circulating through the coil from a conventional fluid circulation system which is not dedicated. The cooling coil thus forms a secondary heat exchanger, which serves to cool the primary heat exchanger liquid 9. By circulating a secondary cooling liquid through the coil 6 at a high flow rate, it is possible to keep the largely stationary primary liquid 9 in the boiler chamber at a temperature below the liquid's saturation temperature, i.e. "subcool" said liquid. Under such conditions, the steam bubbles that form in the liquid 9 near the intensely hot surface of the anode 1 will be brought to recondense in the relatively cold liquid 9 as soon as they are formed and there is no net formation of steam in the liquid 9 - Such a condition is called surface boiling or local boiling and is known to be able to generate relatively

meget høye varmespredningsstrømmer. very high heat dissipation currents.

Tilveiebringelse av overflate- eller lokal koking, som beskrevet ovenfor, er i og for seg ikke noe nytt, selv om den først nylig er blitt utviklet i industrielle varmeoverføringsapparater, Kjøleanordninger The provision of surface or localized boiling, as described above, is in itself nothing new, although it has only recently been developed in industrial heat transfer apparatus, Refrigeration devices

hvor man benytter seg av en overflatekokende væske, har vært konstru-ert og har vært i bruk med gode resultater. Slike kjente over flate-kokende kjølere har imidlertid vanligvis vært brukt for å kjøle oppvarmede flater med i det vesentlige isotermiske temper atur kar akte ri stika, mens den overflate-kokende kjøler som er vist og beskrevet her, er utformet for kjøling av en ikke isotermisk flate. where a surface-boiling liquid is used, has been constructed and has been in use with good results. However, such known surface-boiling coolers have usually been used to cool heated surfaces with essentially isothermal temperature vessels, whereas the surface-boiling cooler shown and described here is designed for cooling a non-isothermal fleet.

Som vist har ytterflaten av anoden 1 en rekke utstående fremspring, forlengelser eller ribber 5. Som kjent fra en rekke andre av søkerens patenter har slike fremspring, hvis de er passende dimensjonert, den spesielle evne å stabilisere temperaturen over den varmespredende flate. Store temperaturgradienter induseres langs fremspringenes 5 sideflater, slik at disse sideflater vil ligge på temperaturer både under og over den såkalte "kritiske temperatur", ved hvilken temperaturen uten slike temperaturgradienter ville vise tegn til å "løpe løpsk" mot overmåte høye verdier, som ville medføre lokal utsmelting av metallet. Anordningen av fremspringene 5 gir den varmespredende flate en ikke isotermisk karakteristikk, med et antall høye, stabile temperaturgradienter over flaten, som nærmere angitt i de tidligere nevnte patenter. Som følge av denne karakteristikk blir det mulig å drive kjølesystemet ved langt høyere temperaturer og større varmestrømninger uten fare for smelting, enn det ville være uten slike fremspring. Mens disse kjente anordninger hadde en kjøleeffekt som var meget bedre enn den kjøleeffekt som kunne oppnåes ved hjelp av sammenlignbare anordninger uten temperatur-stabiliserende fremspring, viste det seg å være ønskelig å oppnå ennå høyere varmespredningshastigheter og kjøle-effekter ved en kombinasjon av de ikke isotermiske varmespredende flater med overflatekoking som nevnt ovenfor. Man støtte imidlertid på vanskeligheter. As shown, the outer surface of the anode 1 has a number of protruding projections, extensions or ribs 5. As known from a number of other of the applicant's patents, such projections, if suitably dimensioned, have the special ability to stabilize the temperature over the heat-dissipating surface. Large temperature gradients are induced along the 5 side surfaces of the protrusions, so that these side surfaces will lie at temperatures both below and above the so-called "critical temperature", at which the temperature without such temperature gradients would show signs of "running wild" towards excessively high values, which would result in local melting of the metal. The arrangement of the protrusions 5 gives the heat-spreading surface a non-isothermal characteristic, with a number of high, stable temperature gradients over the surface, as specified in the previously mentioned patents. As a result of this characteristic, it becomes possible to operate the cooling system at much higher temperatures and greater heat flows without the risk of melting, than would be the case without such protrusions. While these known devices had a cooling effect that was much better than the cooling effect that could be achieved by means of comparable devices without temperature-stabilizing projections, it turned out to be desirable to achieve even higher heat dissipation rates and cooling effects by a combination of the non-isothermal heat dissipating surfaces with surface boiling as mentioned above. However, one relies on difficulties.

Ved de betydelig økede varmespredningshastigheter som ble muliggjort av de temperatur-stabiliserende fremspring - i gjennom-snitt fem til ti ganger større enn de største hastigheter som kunne oppnåes med isotermiske overflater - dannes det store mengder damp i kanalene mellom fremspringene 5, og disse store bobler må hurtig rekondenseres ved en meget kraftig underkjøling av væsken 9 ved hjelp av den sekundære kjølespiral 6. Disse forhold skaper lett skarpe, hur tige trykkfluktuasjoner i den underkjølte væske, spesielt i en lukket beholder. Dette fører igjen til sjokkbølger og lyder som i de fleste tilfelle ikke kan tolereres. De brå trykkvariasjoner medfører også kavitasjon; dvs. plutselig undertrykk som ødelegger stabiliteten i den kompliserte fordampningsprosess. At the significantly increased heat dissipation rates made possible by the temperature-stabilizing protrusions - on average five to ten times greater than the highest speeds that could be achieved with isothermal surfaces - large amounts of steam are formed in the channels between the protrusions 5, and these large bubbles must be quickly recondensed by a very strong subcooling of the liquid 9 by means of the secondary cooling coil 6. These conditions easily create sharp, rapid pressure fluctuations in the subcooled liquid, especially in a closed container. This in turn leads to shock waves and sounds which in most cases cannot be tolerated. The sudden pressure variations also cause cavitation; i.e. sudden negative pressure which destroys the stability of the complicated evaporation process.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan disse uheldige virkninger praktisk talt elimineres ved en anordning av elastisk ekspander bare , dempende organer i kjelbeholderen, organer som er i stand til å oppta de fremkalte hurtige trykkvariasjoner. According to the present invention, these adverse effects can be practically eliminated by an arrangement of elastic expanders, damping members in the boiler container, members which are capable of absorbing the induced rapid pressure variations.

Som vist i fig. 1, er det anordnet et ekspander bart, dempende organ i form av et (eller flere) organer som 12, fremstilt av et passende fleksibelt materiale, som natur - eller syntetisk gummi, hvilket organ inneholder et avtettet gassvolum, f.eks. luft. De ekspander bare organer 12 kan ha formen av ballonger, som er oppblåst til et trykk vesentlig lavere enn det ønskede driftstrykk. Under drift vil de høye trykkspisser som plutselig induseres ved delvis fordampning av væsken 9, medføre at organene 12 delvis faller sammen og deretter ekspanderer igjen når dampboblene rekondenseres i væsken. Organene As shown in fig. 1, an expander bare, damping member is provided in the form of one (or more) members as 12, made of a suitable flexible material, such as natural or synthetic rubber, which member contains a sealed gas volume, e.g. air. The expandable means 12 may be in the form of balloons, which are inflated to a pressure significantly lower than the desired operating pressure. During operation, the high pressure spikes that are suddenly induced by partial evaporation of the liquid 9 will cause the organs 12 to partially collapse and then expand again when the vapor bubbles recondense in the liquid. The organs

12 virker således dempende på trykkfluktuasjonene , og det har vist 12 thus has a dampening effect on the pressure fluctuations, and it has shown

seg at denne dempende virkning er tilstrekkelig til å sikre jevn og tilfredsstillende funksjoner ing av kjølesystemet. Det kan således oppnåes varmesprednings-hastigheter som langt overstiger det som kunne oppnåes med noe tidligere kjent kjølesystem. Representative tall som er oppnådd i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, vil bli angitt nedenfor. that this dampening effect is sufficient to ensure smooth and satisfactory functioning of the cooling system. It is thus possible to achieve heat dissipation rates that far exceed what could be achieved with any previously known cooling system. Representative figures obtained in connection with the present invention will be indicated below.

Det vil fremgå av beskrivelsen av kjøleanordningen ifølge fig. 1 at den primære kjølevæske 9 kontinuerlig holdes under et betydelig trykk og at den nødvendige varmevekslingskontakt mellom væsken 9 og varme-flatene 4 og 6 således til enhver tid er sikret. En slik anordning kan således funksjonere i enhver orientering i forhold til vertikal retning og den kan funksjonere under fravær av gravitasjonsfelt, f. eks. i et romskip eller en satelitt. I slike tilfelle kan det være ønskelig å an-ordne organer (ikke vist i fig. l) for med sikkerhet å holde de ekspanderbare, dempende organer 12 i den del av beholderen som har en viss avstand fra varmeover føringsflatene, slik at de ikke skal kunne hindre væskens 9 varmeoverførende bevegelser nær nevnte flate. It will appear from the description of the cooling device according to fig. 1 that the primary cooling liquid 9 is continuously kept under a significant pressure and that the necessary heat exchange contact between the liquid 9 and the heating surfaces 4 and 6 is thus ensured at all times. Such a device can thus function in any orientation in relation to the vertical direction and it can function in the absence of a gravitational field, e.g. in a spaceship or a satellite. In such cases, it may be desirable to arrange means (not shown in Fig. 1) to securely hold the expandable, damping means 12 in the part of the container which has a certain distance from the heat transfer surfaces, so that they will not could prevent the fluid's 9 heat-transferring movements near said surface.

De oppblåste, ekspanderbare, dempende organer 12, som er vist The inflated, expandable, damping members 12, which are shown

i fig. 1 kan være i det vesentlige kuleformet eller ringformet og kan være løst festet til den øvre hvelvete del av kjelen som er vist på fig. 1 , in fig. 1 may be substantially spherical or annular and may be loosely attached to the upper domed part of the boiler shown in fig. 1 ,

f. eks. ved hjelp av en eller flere flenser e.l. e.g. by means of one or more flanges etc.

En hensiktsmessig måte å holde de ekspanderbar e, dempende organer vekk fra varmeutvekslingsflaten uten å hemme deres ekspansjon og sammentrekning, som er nødvendig for deres funksjon ifølge oppfinnelsen, er vist i fig. Z. I denne modifikasjon er påfyllingsåpningen øverst på kjelens klokke 3 gjort noe videre enn det som er vist i fig. 1 og det massive gjengete støpsel 10 erstattes av en hul, gjenget plugg 13. En i det vesentlige kuleformet, oppblåst ballong ii er vist anbrakt i pluggens hulrom og hindres i å unnvike fra dette hulrom inn i hoved-kamret med væsken 9 ved hjelp av et perforert gitter e.l. , som er vist ved 14 og er anbrakt tvers over pluggens basis. A convenient way of keeping the expandable damping members away from the heat exchange surface without inhibiting their expansion and contraction, which is necessary for their function according to the invention, is shown in fig. Z. In this modification, the filling opening at the top of the bell 3 of the boiler is made somewhat further than that shown in fig. 1 and the solid threaded plug 10 is replaced by a hollow, threaded plug 13. A substantially spherical, inflated balloon ii is shown placed in the cavity of the plug and is prevented from escaping from this cavity into the main chamber with the liquid 9 by means of a perforated grid etc. , which is shown at 14 and is placed across the base of the plug.

I den modifikasjon som er vist i fig. 3 omfatter de ekspanderbare dempende organer et kuleformet todelt vedheng, bestående av en nedre halvkule 1 5 og en øvre halvkule 16. Den nedre halvkule 15 har en bunn-åpning 18 med utvendige skruegjenger som kan skrues inn i en innven-dig gjenget åpning i kjelens klokke 3 i stedet for den gjengete plugg 10 som er vist i fig. 1. Den øvre halvkule 16 er utstyrt med en åpning 19, som kan lukkes med en plugg og hvor trykkgass, f. eks . luft, kan føres inn i kulens øvre del. In the modification shown in fig. 3, the expandable damping members comprise a spherical two-part attachment, consisting of a lower hemisphere 15 and an upper hemisphere 16. The lower hemisphere 15 has a bottom opening 18 with external screw threads which can be screwed into an internally threaded opening in the boiler bell 3 instead of the threaded plug 10 shown in fig. 1. The upper hemisphere 16 is equipped with an opening 19, which can be closed with a plug and where compressed gas, e.g. air, can be introduced into the upper part of the ball.

Halvkulene 15 og 16 er utstyrt med flenser i skjøtomkretsen, og en fleksibel membran 17 er med sin omkrets avtettende fastklemt mellom flensene. Når kulen er anbrakt på plass og anordningen er i drift, er området nedenfor membranen 17 fyllt med væske 9, dvs. den primære kjølevæske som fyller kjelen. Området ovenfor membranen 17 er fyllt med gass, f. eks. luft under et trykk som er noe mindre enn det foreskrevne driftstrykk. Membranens 17 bevegelser vil således tjene til å dempe trykkfluktuasjonene i kjelen på en lignende måte som den som er beskrevet i forbindelse med organene 1 1 og 1Z i fig. 1 og 2. Det vil sees at det dempende vedheng som er vist i fig. 3 i sin konstruksjon er meget likt en støtdemper av den såkalte hydropnevmatiske (eller oljeluft) type som undertiden benyttes i bilkonstruksjoner. Det har også vist seg at en slik bil-støtdemper av vanlig markedsført type med mindre modifikasjoner kan benyttes som dempende organ i et kjø-lesystem ifølge foreliggende oppfinnelse. I enkelte tilfelle med lave arbeidstrykk kan den ytre halvkule 16 være åpen eller elimineres. The hemispheres 15 and 16 are equipped with flanges in the joint circumference, and a flexible membrane 17 is sealingly clamped between the flanges with its circumference. When the ball is placed in place and the device is in operation, the area below the membrane 17 is filled with liquid 9, i.e. the primary cooling liquid that fills the boiler. The area above the membrane 17 is filled with gas, e.g. air under a pressure somewhat less than the prescribed operating pressure. The movements of the membrane 17 will thus serve to dampen the pressure fluctuations in the boiler in a similar way to that described in connection with the bodies 1 1 and 1Z in fig. 1 and 2. It will be seen that the dampening attachment shown in fig. 3 in its construction is very similar to a shock absorber of the so-called hydropneumatic (or oil-air) type that is sometimes used in car constructions. It has also been shown that such a car shock absorber of a commonly marketed type with minor modifications can be used as a damping member in a cooling system according to the present invention. In some cases with low working pressures, the outer hemisphere 16 can be open or eliminated.

I den utførelsesform som er vist i fig. 4 har kjelen 3 formen av et ringformet hus, som er festet rundt et rørformet legeme 1 , som skal kjøles og som i dette tilfelle strekker seg gjennom hele kjelen. Det varme legeme kan riktignok være en anode eller kollektor for et kraftig elektronutladningsrør, som i fig. 1 , men antas her å være en sylinder i en forbrenningsmotor . Det er anordnet varme - spredende fremspring 5. Kjelens hus 3 har en påfyllingsåpning 10 for påfylling av den primære kjølevæske 9, og åpningen kan lukkes med en plugg. En sekundær kjøler er anordnet i form av en kobberkjølespiral 6 med et innløp 7 og et utløp 8, som går ut gjennom en sidevegg i huset 3 for tilknytning til et væske-sirkulaajonssystem. Spiralen 6 er anordnet koaksialt i huset 3 rundt den oppvarmede flate 4 og i noen radial avstand fra denne. Det er anordnet et ekspanderbart dempende organ i form av et ringformet organ 20, som er fremstilt av et fleksibelt materiale og delvis er oppblåst med en gass, f. eks. luft ved et trykk som er noe lavere enn det foreskrevne driftstrykk i væsken 9. Den ringformete demper 20 er anordnet rundt det oppvarmede legeme 1 i rommet mellom legemet 1 og kjølespiralen 6. Videre er det vist en ringformet deflektorvegg 21 som er anbrakt i det ringformete rom mellom legemets 1 ytterflate og det ringformete organ 20 og holdt på plass ved passende organer, som ikke er vist, fortrinnsvis fra husveggen 3. Veggen 21 tjener til å holde den ringformete demper 20 på plass og hindre den fra å komme kontakt méd den oppvarmede overflate, mens den tillater dempeorganet 20 å trekke seg sammen og ekspandere. Den ringformete vegg 21 har utadvendende endeflenser 22, som bidrar til å holde demperen 20 på plass. Den ringformete deflektor eller vegg tjener også til å fremme en varmeoverførende bevegelse i væsken 9 ved å skape en automatisk omløpsvirkning , idet den oppvarmede væske nær de varmespredende fremspring 5 stiger langs veggens innerflate, mens kjølevæsken nær kjølespiralen 6 synker langs veggens 21 ytterside. En slik omløpsbevegelse fremmer hurtig rekondensering av de store dampbobler i den underkjølte væske. In the embodiment shown in fig. 4, the boiler 3 has the shape of an annular housing, which is fixed around a tubular body 1, which is to be cooled and which in this case extends through the entire boiler. The hot body may indeed be an anode or collector for a powerful electron discharge tube, as in fig. 1, but is assumed here to be a cylinder in an internal combustion engine. A heat-dissipating projection 5 is arranged. The boiler's housing 3 has a filling opening 10 for filling the primary coolant 9, and the opening can be closed with a plug. A secondary cooler is arranged in the form of a copper cooling coil 6 with an inlet 7 and an outlet 8, which exits through a side wall in the housing 3 for connection to a liquid circulation system. The spiral 6 is arranged coaxially in the housing 3 around the heated surface 4 and at some radial distance from it. An expandable damping member is arranged in the form of an annular member 20, which is made of a flexible material and is partially inflated with a gas, e.g. air at a pressure which is somewhat lower than the prescribed operating pressure in the liquid 9. The annular damper 20 is arranged around the heated body 1 in the space between the body 1 and the cooling coil 6. Furthermore, an annular deflector wall 21 is shown which is placed in the annular space between the outer surface of the body 1 and the annular member 20 and held in place by suitable means, which are not shown, preferably from the housing wall 3. The wall 21 serves to hold the annular damper 20 in place and prevent it from coming into contact with the heated surface, while allowing the damping member 20 to contract and expand. The annular wall 21 has outward-facing end flanges 22, which help to keep the damper 20 in place. The annular deflector or wall also serves to promote a heat-transferring movement in the liquid 9 by creating an automatic circulation effect, as the heated liquid near the heat-dispersing projections 5 rises along the inner surface of the wall, while the cooling liquid near the cooling coil 6 sinks along the wall 21's outer side. Such a circulation movement promotes rapid recondensation of the large steam bubbles in the subcooled liquid.

Det vil være åpenbart at underkjølingen av den fordampende væske for å fremkalle overflatekoking kan oppnåes på annen måte enn ved en kjøle spiral, hvor en sekundær kjølevæske sirkuleres. Underkjøl-ing av den primære kjølevæske kan således gjennomføres ved kjøling av et veggparti av kjelens hus 3 med tilstrekkelig hastighet, f. eks. ved at en sekundær kjølevæske sirkuleres i kontakt med veggpartiets ytterflate og/eller ved at det anordnes kjøleribber, som rager ut fra nevnte ytterflate og inn i en luftstrøm e.l. It will be obvious that the subcooling of the evaporating liquid to induce surface boiling can be achieved in a different way than by a cooling coil, where a secondary cooling liquid is circulated. Subcooling of the primary coolant can thus be carried out by cooling a wall section of the boiler housing 3 at a sufficient speed, e.g. by circulating a secondary coolant in contact with the outer surface of the wall section and/or by arranging cooling fins, which protrude from said outer surface and into an air stream or the like.

Underkjølingen av den fordampbare væske 9 kan videre oppnåes ved at den primære væske 9 sirkuleres gjennom kjelens hus. En slik utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 5. Anordningen er i stort sett lik den som er vist i fig. 4, bortsett fra at den sekundære kjølespiral The subcooling of the evaporable liquid 9 can further be achieved by circulating the primary liquid 9 through the boiler housing. Such an embodiment of the invention is shown in fig. 5. The device is largely similar to that shown in fig. 4, except that the secondary cooling coil

6 med tilhørende sirkuleringssystem er utelatt. I stedet er kjelen utstyrt med innløp og utløp for at den fordampbare primære kjølevæske skal kunne sirkuleres. Som vist, har det oppvarmede legeme 1, f. eks. en forbrenningsmotorsylinder eller et elektronrør, varme-spredende fremspring 5 på sin ytterflate for at den ikke isotermiske, temperatur-stabiliserende funksjon i overensstemmelse med søkerens tidligere patenter skal oppnåes. Et ringformet kjelhus 23 er avtettende festet rundt den varmespredende flate 4 av legemet 1. Huset 23 omfatter et nedre 6 with associated circulation system is omitted. Instead, the boiler is equipped with inlets and outlets so that the evaporable primary coolant can be circulated. As shown, the heated body 1, e.g. an internal combustion engine cylinder or an electron tube, heat-dissipating projections 5 on its outer surface in order to achieve the non-isothermal, temperature-stabilizing function in accordance with the applicant's previous patents. An annular boiler housing 23 is sealingly attached around the heat-dissipating surface 4 of the body 1. The housing 23 comprises a lower

hvelvet parti 25 og et øvre parti 28. Et innløp 24 er anordnet i partiet 25 og et utløp 29 i partiet 28. Såvel innløpet som utløpet kan kobles til en ikke vist strømning sanordning, omfattende en pumpe for sirkulering av den primære kjølevæske gjennom huset 23 med så stor hastighet at underkjøling av væsken til en gjennomsnittstemperatur under væskens normale koketemperatur ved det herskende arbeidstrykk sikres, slik at den tidligere nevnte overflatekoking oppnåes. Et ringformet dempende organ 20 fremstilt av et passende naturlig eller syntetisk gummilignende platemateriale og delvis oppblåst med gass, f. eks. luft, er anordnet i huset 23 rundt den oppvarmede flate 4 og holdes på plass i noen avstand fra nevnte flate ved en ringformet skille - eller veggplate 26, som av - støttes ved ikke viste organer fra husets 23 vegg. Platen 20 har en utadvendende radial nedre flens 27, på hvilken det ringformete organ 20 hviler med sin basis. Om så ønskes, kan det ringformete organ 20 løst forbindes med flensen 27 ved et passende organ som er antydet rent skje-matisk. Flensen 27 rager fortrinnsvis helt frem til husets 23 sidevegg for å holde organet 20 fra innløpspartiet for den fordampbare væskes sirkulasjonsbane. Som i den utførelse som er vist i fig. 5 har platen 26 den ytterligere funksjon at den fremmer automatisk væske sirkulasjon i retning oppover langs platens radialt sett indre flate og i retning nedover langs platens ytre flate og dermed fremmer rekondensering av dampboblene som dannes i kontakt med den varme vegg 4. Et gitter-lignende organ 30, bestående av trådnetting eller et annet passende perforert organ, er anordnet tvers over den øvre ende av den ringformete kanal begrenset mellom den varme flate 4 og den ringformete deflektorplate 20. Gitret 30 medvirker til å bryte ned de store dampbobler som stiger opp frå kanalens øvre ende og medvirker således til rekondensering i kontakt med den kaldere væske på utsiden av platen 20. Ved en slik anordning har det vist seg at de plutselige trykkvariasjoner som lett oppstår på grunn av fordampning og rekondensering av væsken, i det vesentlige lokalisert til området ved det gitter-lignende organ 30 vaulted part 25 and an upper part 28. An inlet 24 is arranged in the part 25 and an outlet 29 in the part 28. Both the inlet and the outlet can be connected to a flow device, not shown, comprising a pump for circulating the primary cooling liquid through the housing 23 at such a high speed that subcooling of the liquid to an average temperature below the liquid's normal boiling temperature at the prevailing working pressure is ensured, so that the previously mentioned surface boiling is achieved. An annular damping member 20 made of a suitable natural or synthetic rubber-like plate material and partially inflated with gas, e.g. air, is arranged in the housing 23 around the heated surface 4 and is held in place at some distance from said surface by an annular partition - or wall plate 26, which is supported by means not shown from the housing 23 wall. The plate 20 has an outward-facing radial lower flange 27, on which the annular member 20 rests with its base. If desired, the annular member 20 can be loosely connected to the flange 27 by a suitable member which is indicated purely schematically. The flange 27 preferably extends all the way to the side wall of the housing 23 in order to keep the member 20 from the inlet portion of the evaporable liquid's circulation path. As in the embodiment shown in fig. 5, the plate 26 has the further function of promoting automatic liquid circulation in an upward direction along the radially seen inner surface of the plate and in a downward direction along the outer surface of the plate and thus promotes recondensation of the vapor bubbles that form in contact with the hot wall 4. A lattice-like member 30, consisting of wire mesh or another suitable perforated member, is arranged across the upper end of the annular channel confined between the hot surface 4 and the annular deflector plate 20. The grid 30 helps to break down the large steam bubbles rising from the upper end of the channel and thus contributes to recondensation in contact with the colder liquid on the outside of the plate 20. With such a device, it has been shown that the sudden pressure variations that easily occur due to evaporation and recondensation of the liquid, essentially localized to the area by the lattice-like body 30

og i det øvre ringformete husparti 28 umiddelbart på den andre siden av organet 30. Disse plutselige trykkvariasjoner dempes effektivt ved ekspansjon og kompresjon av det øvre parti av den ringformete, oppblåste demper 20, som er anordnet rundt de ringformete plater 26. Den nedre ende av organet 20 er avskjermet fra innløpspartiet 25 ved den L-formete flens 27 på den ringformete plate 20. and in the upper annular housing portion 28 immediately on the other side of the member 30. These sudden pressure variations are effectively damped by the expansion and compression of the upper portion of the annular, inflated damper 20, which is arranged around the annular plates 26. The lower end of the device 20 is shielded from the inlet portion 25 by the L-shaped flange 27 on the annular plate 20.

I den modifiserte utformning som er vist i fig. 6 er anordningen svært lik den som er vist i fig. 5. Her foreligger dog intet perforert gitter 30. I stedet er den ringformete plate 26 utformet med perforer-inger 31 over hele sin lengde. Den ringformete plate er utformet med L-formete, utadvendende flenser både oppe og nede, og den nedre flens holder organet 20 vekk fra væskeinnløpet. Dampboblene som dannes omkring den ikke isotermiske og meget hete ytterflate 4 på det oppvarmede legeme 1 , skyter gjerne ut radialt fra de varmespredende fremspring 5 og/eller de mellomliggende kanaler, og de bringes til å briste ved per-foreringene 31 og rekondensere i den kjøligere vannregion på utsiden av de ringformete plater 26. Ved denne prosess oppstår det brå trykkfluktuasjoner og disse dempes effektivt ved sammentrekning og ekspansjon av det ringformete halv-oppblåste organ 20 som omgir den ringformete plate 26 og fastholdes mellom platens øvre og nedre flens. In the modified design shown in fig. 6, the device is very similar to that shown in fig. 5. Here, however, there is no perforated grid 30. Instead, the ring-shaped plate 26 is designed with perforations 31 over its entire length. The annular plate is designed with L-shaped outward-facing flanges both at the top and bottom, and the lower flange holds the member 20 away from the liquid inlet. The steam bubbles that form around the non-isothermal and very hot outer surface 4 of the heated body 1 often shoot out radially from the heat-dispersing projections 5 and/or the intermediate channels, and they are caused to burst at the perforations 31 and recondense in the cooler water region on the outside of the annular plates 26. During this process, abrupt pressure fluctuations occur and these are effectively dampened by the contraction and expansion of the annular semi-inflated body 20 which surrounds the annular plate 26 and is held between the plate's upper and lower flange.

Ved visse modifikasjoner av foreliggende oppfinnelse må de defor-merbare dempende organer ikke nødvendigvis ha formen av spesielt an-ordnete, oppblåste organer som vist og beskrevet, men den dempende effekt kan oppnåes ved en passende damplomme som anordnes i kjelen. Fig. 7 illustrerer en slik utførelse av oppfinnelsen, hvilken utførelse er velegnet i tilfelle, hvor kjøleanordningen hele tiden blir stående noen-lunde opprett. In certain modifications of the present invention, the deformable damping members do not necessarily have to take the form of specially arranged, inflated members as shown and described, but the damping effect can be achieved by a suitable steam pocket arranged in the boiler. Fig. 7 illustrates such an embodiment of the invention, which embodiment is well-suited in the case where the cooling device is constantly standing somewhat upright.

Den konstruksjon som er vist, omfatter en rørformet del 1 , som skal kjøles, f. eks. den ytre anode eller kollektor i et kraftig elektron-rør, en forbrenningsmotorsylinder e.l. med lukket øvre ende 34 og temperatur-stabiliserende fremspring 5. Et kjelkammer begrenses rundt og ovenfor delen 1 av en skivelignende basis og et klokkeformet, hvelvet hus 3 som er avtettende festet på nevnte basis og rundt delen 1. Et inn-løp for kj ølevæsken er anordnet ved forbindelsesstussen 24 i den nedre del av husets 3 sidevegg. Et utløp for væsken er anordnet i form av et vertikalt stigerør 29, som rager opp gjennom en åpning i det klokkeformete hus 3 og har en utvidet nedre ende 33 , som er anordnet over den avtettede topp 34 av delen 1 med noe vertikal avstand mellom de to del-ene. En ringformet deflektorplate 26 er koaksialt anordnet mellom den oppvarmede flate 4 og husets 3 sidevegg i noen avstand fra begge veg-ger. Under drift sirkuleres den primære kjølevæske, f.eks. vann, med forholdsvis stor hastighet gjennom innløpet 24 inn i kjelens kammer og ut gjennom det øvre utløp 29, fra og til et sirkulasjons system av kjent type, som ikke er vist. Når den indre fLate av den rørformete del 1 som skal kjøles utsettes for varme ved elektronbombardement, for-brenning av gassblandinger eller av andre årsaker, opprettes stabile temperaturgradienter langs sidene av fremspringene 5 på ytterflaten 4 av delen 1 , med de høyeste temperaturer ved fremspringenes fot. Væske fordampes i umiddelbar nærhet av nevnte fremspring og noen bobler brister, slik at det samles damp i det øvre rom 35 under den hvelvete topp av huset 3, som fortrinnsvis ikke utsettes for vesentlig kjøling. Den frie væskéover flate vil ligge på et bestemt nivå 35 ovenfor utløps-rørets 29 åpne nedre ende. Under den etterfølgende sirkulering av væske vil dampmengden i den åpne lomme 32 ikke øke. Dampboblene vil så stige langs den indre flate av den ringformete deflektor 26 og rekondenseres i den kjøligere væske som synker langs platens 26 ytre flate, slik at det opprettes en automatisk sirkulasjon rundt platen. Den ansamlede damp i lommen 32 er ikke involvert i nevnte sirkulasjon. The construction shown comprises a tubular part 1, which is to be cooled, e.g. the outer anode or collector in a powerful electron tube, an internal combustion engine cylinder, etc. with closed upper end 34 and temperature-stabilizing projection 5. A boiler chamber is limited around and above the part 1 by a disc-like base and a bell-shaped, vaulted housing 3 which is sealingly attached to said base and around the part 1. An inlet for the cooling liquid is arranged at the connecting piece 24 in the lower part of the side wall of the house 3. An outlet for the liquid is arranged in the form of a vertical riser 29, which projects up through an opening in the bell-shaped housing 3 and has an extended lower end 33, which is arranged above the sealed top 34 of the part 1 with some vertical distance between the two parts. An annular deflector plate 26 is arranged coaxially between the heated surface 4 and the side wall of the housing 3 at some distance from both walls. During operation, the primary coolant is circulated, e.g. water, at a relatively high speed through the inlet 24 into the boiler's chamber and out through the upper outlet 29, from and to a circulation system of a known type, which is not shown. When the inner surface of the tubular part 1 to be cooled is exposed to heat by electron bombardment, combustion of gas mixtures or for other reasons, stable temperature gradients are created along the sides of the protrusions 5 on the outer surface 4 of the part 1, with the highest temperatures at the base of the protrusions . Liquid evaporates in the immediate vicinity of said projection and some bubbles burst, so that steam collects in the upper space 35 under the vaulted top of the housing 3, which is preferably not subjected to significant cooling. The free liquid surface will lie at a certain level 35 above the open lower end of the outlet pipe 29. During the subsequent circulation of liquid, the amount of steam in the open pocket 32 will not increase. The steam bubbles will then rise along the inner surface of the annular deflector 26 and recondense in the cooler liquid which sinks along the outer surface of the plate 26, so that an automatic circulation is created around the plate. The accumulated steam in the pocket 32 is not involved in said circulation.

Det skal bemerkes at det ikke oppstår nevneverdig varmespredning fra den avtettede topp 34 av delen 1. Når de store dampbobler stiger i vannets øvre område ovenfor platen 26 og rekondenseres i den kjøligere væske, som omtalt, vil det oppstå sterke trykkfluktuasjoner . Disse trykkfluktuasjoner forårsaker sammentrekking og ekspansjon av den elastiske dampenhet 32 øverst i kjelen og dempes derved. Kjølingen ved overflatekoking av væske i kontakt med den ikke isotermiske overflate 4 kan således gjennomføres jevnt og tilfredsstillende. It should be noted that no significant heat spread occurs from the sealed top 34 of part 1. When the large steam bubbles rise in the upper area of the water above the plate 26 and recondense in the cooler liquid, as discussed, strong pressure fluctuations will occur. These pressure fluctuations cause contraction and expansion of the elastic steam unit 32 at the top of the boiler and are thereby damped. The cooling by surface boiling of liquid in contact with the non-isothermal surface 4 can thus be carried out evenly and satisfactorily.

Den enkle utførelse av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 7 er hensiktsmessig for visse tilfelle, men kan med-føre visse vanskeligheter. I tilfelle hvor varmesprednings-hastigheten kan variere sterkt under drift, vil den frie væskeoverflate 35 utsettes for tilsvarende variasjoner og kan til sine tider synke til et nivå under utløpet 33, slik at væskens sirkulasjon stanser. En modifikasjon av oppfinnelsen, hvor denne vanskelighet unngåes, er vist i fig. 10. Anordningen er stort sett lik den som er vist i fig. 7, bortsett fra at inn-løpsrøret 24 A i stedet for å føre inn ved bunnen av kjelen 3 ender på The simple embodiment of the invention described above with reference to fig. 7 is appropriate for certain cases, but can lead to certain difficulties. In the case where the heat dissipation rate can vary greatly during operation, the free liquid surface 35 will be exposed to corresponding variations and can at times sink to a level below the outlet 33, so that the circulation of the liquid stops. A modification of the invention, where this difficulty is avoided, is shown in fig. 10. The device is largely similar to that shown in fig. 7, except that the inlet pipe 24 A instead of leading in at the bottom of the boiler 3 ends at

et nivå i kjelen som svarer til den ønskede overflate 35 for væsken i kjelen. Innløpsrøret 24A har videre en lukket ende og flere små åpnin-ger 24B i sin sidevegg, slik at kjølevæsken vil strømme inn i kjelen i a level in the boiler which corresponds to the desired surface 35 for the liquid in the boiler. The inlet pipe 24A also has a closed end and several small openings 24B in its side wall, so that the coolant will flow into the boiler in

form av flere tynne, i det vesentlige horisontalt rettede stråler. Åpningene 24B kan ha enhver ønsket form, f. eks. rund eller slissform. Ved den beskrevne anordning vil vannnivået 35 i kjelen generelt etab-leres i et plan som ligger lavere enn åpningenes 24B. De kalde væske-stråler vil strømme ut i det frie dampområdet 32 og forårsake en meget intens damp-kondenserende effekt. Den store dampmengde som således kondenseres vil føre til at væskenivået. stiger og at åpningene 24B således befinner seg under vannets overflate. Deres damp-kondenserende virkning reduseres derved sterkt, slik at vann-nivået ikke stiger ytterligere. Derved oppnåes en selv-regulerende virkning som effektivt sta-biliserer væskens gjennomsnittsnivå og det gjennomsnittlige dampvolum i lommen 32 til de ønskede verdier. form of several thin, essentially horizontally directed rays. The openings 24B can have any desired shape, e.g. round or slit-shaped. With the device described, the water level 35 in the boiler will generally be established at a level that is lower than the openings 24B. The cold liquid jets will flow out into the free steam area 32 and cause a very intense steam condensing effect. The large amount of steam that is thus condensed will cause the liquid level to rise. rises and that the openings 24B are thus located below the surface of the water. Their steam-condensing effect is thereby greatly reduced, so that the water level does not rise further. Thereby, a self-regulating effect is achieved which effectively stabilizes the liquid's average level and the average vapor volume in the pocket 32 to the desired values.

Som tidligere antydet, er det viktig at den varmespredende flate utformes slik at det oppstår spor eller kanaler mellom varme-ledende forlengelser eller fremspring som under drift langs sin overflate vil tilveiebringe en ikke isotermisk temperaturfordeling, som omslutter den kritiske temperatur, for at det skal oppstå stabile temperaturgradienter som tillater oppnåelse av høye gjennomsnittstemperaturer over overflaten uten fare for metallsmelting. As previously indicated, it is important that the heat-dissipating surface is designed so that grooves or channels occur between heat-conducting extensions or protrusions which, during operation along its surface, will provide a non-isothermal temperature distribution, which encloses the critical temperature, in order for it to occur stable temperature gradients that allow the achievement of high average temperatures over the surface without the risk of metal melting.

Anordningen av de ekspanderbare, elastiske organer for demp-ning av de brå trykkfluktuasjoner som ellers ville finne sted ved en slik kombinasjon, gjør det mulig å oppnå varmespredningsstrømmer som er dobbelt eller tre ganger så store som det som kunne oppnåes ved en tilsvarende anordning uten de dempende organer ifølge oppfinnelsen, samtidig som man unngår ubehagelig lyd, støt og kavitasjoner. The arrangement of the expandable, elastic members for dampening the abrupt pressure fluctuations that would otherwise take place with such a combination, makes it possible to achieve heat dissipation currents that are twice or three times as large as what could be achieved with a similar arrangement without the dampening devices according to the invention, while avoiding unpleasant sound, shocks and cavitations.

Et system av det slag som er vist i fig. 5 eller 6 har f. eks. vært brukt for å spre flere hundre kilowatt med en varmestrømningstetthet på 1 eller 2 kilowatt pr. cm<2>, ved bruk av destillert vann som kjøle-væske, som ble sirkulert med en hastighet av ca. 0,35 1 pr. minutt og kilowatt fordelt varme. Den resulterende temperaturøkning av vannet var ca. 40°C, ved en innløpstemperatur på 50°C ved innløpet 24 og en utløpstemperatur på 90°C ved utløpet 29. Det benyttede pumpesys-tem opprettholdt et statisk trykk på noe over 4 ato i kjelen 3. Ved dette trykk er vannets metningstemperatur ca. 140°C, og det ble der-for sørget for at vannet ble underkjølt til en temperatur som under-skrider metningstemper ature n med minst 50°C. Anordningen ifølge oppfinnelsen kan drives med ethvert passende statisk trykk i den fordampbare væske. A system of the kind shown in fig. 5 or 6 have e.g. been used to spread several hundred kilowatts with a heat flow density of 1 or 2 kilowatts per cm<2>, using distilled water as coolant, which was circulated at a rate of approx. 0.35 1 per minute and kilowatt distributed heat. The resulting temperature increase of the water was approx. 40°C, at an inlet temperature of 50°C at inlet 24 and an outlet temperature of 90°C at outlet 29. The pump system used maintained a static pressure of slightly over 4 ato in boiler 3. At this pressure, the water's saturation temperature is approx. . 140°C, and it was therefore ensured that the water was subcooled to a temperature that falls below the saturation temperature by at least 50°C. The device according to the invention can be operated with any suitable static pressure in the evaporable liquid.

Claims

1. Heat transfer device comprising a wall consisting of a heat-conducting material, one side of which is exposed to a heat source and the other side of which forms at least part of the inside of a chamber containing an evaporable amount of liquid, whereby said other side of the wall has heat-dissipating protrusions projecting into the liquid, as well as means for subcooling the liquid to a temperature below the liquid's saturation temperature at the liquid's current pressure, whereby the liquid will evaporate near the heat-distributing protrusions, and the vapor will recondense in the subcooled liquid, characterized in that in the chamber (9) means (12) are arranged which are exposed to the liquid in the chamber and which compress and expand elastically in dependence on pressure fluctuations which occur as a result of said evaporation and recondensation, for equalizing such fluctuations (fig. l).

2. Apparatus as specified in claim 1, characterized in that the means which are subjected to elastic compression and expansion comprise at least one flexible member which seals off a quantity of gas from the liquid in the chamber, whereby the quantity of gas is under such a pressure that it can be compressed and expanded depending on the aforementioned pressure fluctuations in the aforementioned amount of liquid (fig. 1).

3. Apparatus as stated in claim 2, characterized in that said flexible sealing means is constituted by a closed balloon-like body (12) which is partially inflated with said gas.

4. Apparatus as stated in claim 3, characterized in that it - comprises elements (14), e.g. grid for locating the balloon-like body (12) in a chamber region located at a certain distance from the heat-distributing wall, while the said elements (14) do not prevent free compression and expansion of the balloon-like body (12) (fig. 2).

5. Apparatus as stated in claim 4, characterized in that the balloon-like body (12) is retained in a part (13) of the chamber, which part is removably attached to the main section of the chamber and e.g. constitutes the main chamber's filling plug (fig. 2).

6. Apparatus as stated in claim 4, characterized in that said chamber surrounds a peripheral surface of the heat-distributing wall (4) and that the balloon-like body (20) is essentially annular and surrounds said peripheral surface (fig. 4).

7. Apparatus as specified in claim 2, characterized in that the flexible sealing member (17) consists of a diaphragm which seals off a surface portion of said quantity of liquid from said quantity of gas (fig. Z).

8. Apparatus as stated in claim 7, characterized in that said diaphragm seals in a section (15) of the chamber which is removably attached to the main section of the chamber, and that said amount of gas is placed in a further section (16) of the chamber which is connected to the former section (15) on the opposite side of said diaphragm (fig. 3).

9 . Apparatus as stated in claim 1, characterized in that said means for elastic compression and expansion are arranged close to a second heat exchanger (6), e.g. a cooling coil arranged inside said chamber, which allows the circulation of a second cooling liquid for heat exchange with said stationary quantity of liquid in said chamber (fig. 4).

10. Apparatus as set forth in claim 1, characterized in that said means for elastic compression and expansion are arranged to essentially be exposed to the circulating evaporable liquid in a chamber outlet section which is delimited by separators (21) (fig. 4).

11. Apparatus as stated in claim 1, characterized in that said means (20) for elastic compression and expansion are arranged in a relatively cool chamber region which is delimited by deflector means (26) in the circulating evaporable liquid (fig. 6).