RU2120592C1 - Heat-transfer device - Google Patents

Heat-transfer device Download PDF

Info

Publication number
RU2120592C1
RU2120592C1 RU96111586A RU96111586A RU2120592C1 RU 2120592 C1 RU2120592 C1 RU 2120592C1 RU 96111586 A RU96111586 A RU 96111586A RU 96111586 A RU96111586 A RU 96111586A RU 2120592 C1 RU2120592 C1 RU 2120592C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam
condensate
condenser
evaporators
line
Prior art date
Application number
RU96111586A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96111586A (en
Inventor
Ю.Ф. Майданик
Original Assignee
Институт теплофизики Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт теплофизики Уральского отделения РАН filed Critical Институт теплофизики Уральского отделения РАН
Priority to RU96111586A priority Critical patent/RU2120592C1/en
Publication of RU96111586A publication Critical patent/RU96111586A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2120592C1 publication Critical patent/RU2120592C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

FIELD: heat pipes; heat transfer from miscellaneous thermally stressed objects. SUBSTANCE: device has evaporating section incorporating several evaporators 1. Each evaporator 1 has capillary structure 2 with central channel 3 to pass condensate and set of peripheral grooves 4 for steam outlet. Steam line 9 and condensate line 10 of each evaporator 1 are connected to steam header 11 and condensate header 12, respectively. Condenser 6 communicates with steam header 11 through main steam line 7. Hydraulic accumulator communicating with condensate header 12 through separate pipeline is connected to condenser 6 by means of main condensate line 7. Hydraulic accumulator 5 is mounted above evaporating section. Such arrangement provides for uniform flooding of evaporators by condensate and prevents formation of stagnation regions and steam traps primarily in steam header. EFFECT: facilitated starting of device and reduced pressure drop in steam and liquid flow paths. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности, к тепловым трубам и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов дискретно расположенных в пространстве, в том числе на различной высоте относительно приемника тепла. The invention relates to the field of heat engineering, in particular, to heat pipes and can be used to remove heat from various heat-stressed objects discretely located in space, including at different heights relative to the heat receiver.

Известно теплопередающее устройство [1], снабженное испарительной камерой (испарителем) с капиллярной насадкой внутри, организованной для подвода и испарения теплоносителя. Испаритель посредством гладкостенных паропровода и конденсатопровода связан с конденсатором и снабжен компенсационной полостью, находящейся в одном корпусе с насадкой, и выполняющей роль резервуара-гидроаккумулятора рабочей жидкости (жидкой фазы теплоносителя), которая вытесняется из паропровода и конденсатора при запуске и работе теплопередающего устройства. Такое устройство обеспечивает эффективный перенос тепла при любой ориентации в гравитационном поле, в том числе при работе в наиболее тяжелом "антигравитационном" режиме, когда испаритель находится выше конденсатора и возврат теплоносителя в зону испарения осуществляется против действия сил тяжести. Known heat transfer device [1], equipped with an evaporation chamber (evaporator) with a capillary nozzle inside, organized for the supply and evaporation of the coolant. The evaporator is connected to the condenser by means of a smooth-walled steam pipe and a condensate pipe and is equipped with a compensation cavity located in the same housing as the nozzle and acting as a hydraulic accumulator reservoir for the working fluid (liquid coolant phase), which is forced out of the steam pipe and condenser when the heat transfer device is started up and running. Such a device provides effective heat transfer for any orientation in the gravitational field, including when operating in the most difficult "anti-gravity" mode, when the evaporator is above the condenser and the coolant is returned to the evaporation zone against the action of gravity.

Недостатком данной конструкции является наличие только одного испарителя, что не позволяет обеспечить отвод тепла от источников тепловой нагрузки, расположенных на достаточно большом удалении друг от друга. The disadvantage of this design is the presence of only one evaporator, which does not allow for heat removal from heat load sources located at a sufficiently large distance from each other.

Известно также теплопередающее устройство [2], предназначенное главным образом для работы в условиях невесомости, которое содержит несколько параллельно включенных испарителей с комбинированной капиллярной насадкой внутри, сообщающихся посредством гладкостенных паро- и конденсатопровода с конденсатором. Also known is a heat transfer device [2], designed primarily for operation in zero gravity conditions, which contains several parallel-connected evaporators with a combined capillary nozzle inside, communicating via a smooth-walled steam and condensate conduit with a condenser.

Недостатком этого устройства является повышенное гидравлическое сопротивление, создаваемое дополнительной капиллярно-пористой вставкой в испарителе со стороны конденсатора, и неустойчивость запуска при размещении испарителей на различной высоте в гравитационном поле, а также при неравномерном распределении тепловой нагрузки между ними. The disadvantage of this device is the increased hydraulic resistance created by the additional capillary-porous insert in the evaporator from the condenser side, and the instability of the start when the evaporators are placed at different heights in the gravitational field, as well as with an uneven distribution of the heat load between them.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и функциональному назначению к предлагаемому изобретению является теплопередающее устройство [3], включающее испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канал для подвода конденсата и снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен, соответственно, к коллекторам пара и конденсата, конденсатор, соединенный с испарительной секцией посредством основных паро- и конденсатопровода, и гидроаккумулятор с нагревателем, связанный отдельным трубопроводом с испарительной секцией. The closest set of essential features and functional purpose to the proposed invention is a heat transfer device [3], including an evaporation section containing several evaporators with a capillary structure inside, having a central channel for supplying condensate and equipped with a system of peripheral grooves for venting steam, a steam pipe and a condensate pipe of each of which is connected, respectively, to the steam and condensate collectors, a condenser connected to the evaporation section through main ov steam and condensate pipe, and a hydraulic accumulator with a heater, connected by a separate pipe to the evaporation section.

Для обеспечения устойчивого запуска и надежной работы этого теплопередающего устройства необходим нагрев гидроаккумулятора, осуществляемый специальным нагревателем. В результате нагрева теплоноситель вытесняется из гидроаккумулятора и тем самым достигается равномерное распределение его между испарителями перед запуском. To ensure a stable start-up and reliable operation of this heat transfer device, the accumulator must be heated by a special heater. As a result of heating, the coolant is displaced from the accumulator and thereby it is evenly distributed between the evaporators before starting.

Однако возникает необходимость регулировки подогрева для обеспечения равномерного распределения нагрузки между испарителями, что существенно усложняет устройство и ограничивает диапазон его использования, в частности, в стойках с блоками радиоэлектронной аппаратуры, где источники тепловыделения распределены как по горизонтали, так и по вертикали, а передача отведенного от них тепла может осуществляться, чаще всего, только снизу вверх. However, there is a need to adjust the heating to ensure uniform load distribution between the evaporators, which significantly complicates the device and limits the range of its use, in particular, in racks with blocks of electronic equipment, where the heat sources are distributed both horizontally and vertically, and the transfer allotted from heat can be carried out, most often, only from the bottom up.

В основу предлагаемого изобретения положена задача обеспечения устойчивого запуска и работы теплопередающего устройства, имеющего различное число испарителей, в том числе размещенных на разной высоте относительно конденсатора, различным образом ориентированных в пространстве, имеющих различные геометрические размеры и принимающих как одинаковую, так и различную тепловую нагрузку. The basis of the present invention is the task of ensuring the stable start-up and operation of a heat transfer device having a different number of evaporators, including those placed at different heights relative to the condenser, variously oriented in space, having different geometric dimensions and taking both the same and different heat load.

Поставленная задача решается тем, что, в теплопередающем устройстве, включающем испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канал для подвода конденсата, снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен, соответственно, к коллекторам пара и конденсата, конденсатор с основным конденсатопроводом, соединенный с коллектором пара посредством основного паропровода, и гидроаккумулятор, соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, который согласно изобретению подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. При этом гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией. The problem is solved in that, in a heat transfer device including an evaporation section containing several evaporators with a capillary structure inside, having a central channel for supplying condensate, equipped with a system of peripheral grooves for removing steam, the steam pipe and condensate pipe of each of which is connected, respectively, to the collectors steam and condensate, a condenser with a main condensate line connected to the steam collector by means of the main steam line, and a hydraulic accumulator connected by a separate a pipeline with a condensate collector, which according to the invention is connected to the condenser through the main condensate line. In this case, the accumulator is located above the evaporation section.

При размещении испарителей на разной высоте относительно конденсатора гидроаккумулятор подключен к верхней точке коллектора конденсата, а при размещении испарителей на одной высоте - к средней точке. When evaporators are placed at different heights relative to the condenser, the accumulator is connected to the upper point of the condensate collector, and when evaporators are placed at the same height, to the midpoint.

Предлагаемая конструкция теплопередающего устройства, включающего различное число испарителей, позволяет, во-первых, осуществить надежный запуск и работу устройства путем равномерного распределения теплоносителя между испарителями, которые в этой конструкции перед запуском оказываются затопленными конденсатом без осуществления нагрева. The proposed design of the heat transfer device, including a different number of evaporators, allows, firstly, to ensure reliable start-up and operation of the device by uniform distribution of the coolant between the evaporators, which in this design turn out to be flooded with condensate before starting without heating.

Равномерное затопление достигается за счет соединения гидроаккумулятора с конденсатором основным конденсатопроводом при расположении гидроаккумулятора над испарительной секцией. Uniform flooding is achieved by connecting the accumulator to the condenser with the main condensate line when the accumulator is located above the evaporation section.

При запуске конденсат вытесняется из парового тракта, включающего пароотводные канавки зоны испарения испарителей, паропроводы испарителей, коллектор пара, основной паропровод и конденсатор. When starting up, the condensate is forced out of the steam path, including the vapor drainage grooves of the evaporation zone of the evaporators, the vapor lines of the evaporators, the steam collector, the main steam line and the condenser.

Соответствующим образом выбирается объем гидроаккумулятора, который должен обеспечить прием вытесненного конденсата. Accordingly, the volume of the accumulator is selected, which should ensure the reception of the displaced condensate.

Во-вторых, предлагаемая конструкция теплопередающего устройства обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление в паровом и жидкостном тракте за счет соединения гидроаккумулятора с коллектором и с конденсатором и одновременно с этим исключить образование застойных зон и паровых "ловушек" прежде всего в коллекторе пара. Secondly, the proposed design of the heat transfer device provides minimal hydraulic resistance in the vapor and liquid paths by connecting the hydraulic accumulator to the collector and to the condenser and at the same time to eliminate the formation of stagnant zones and steam "traps" primarily in the steam collector.

На фиг. 1 представлена схема и частичный разрез теплопередающего устройства с вертикальным положением испарителей, размещенных на разной высоте относительно конденсатора. In FIG. 1 shows a diagram and a partial section of a heat transfer device with a vertical position of evaporators placed at different heights relative to the condenser.

На фиг. 2 представлена схема и частичный разрез теплопередающего устройства с горизонтальным положением испарителей размещенных на разной высоте относительно конденсатора. In FIG. 2 shows a diagram and a partial section of a heat transfer device with a horizontal position of evaporators placed at different heights relative to the condenser.

На фиг. 3 представлена схема теплопередающего устройства с испарителями, размещенными на одной высоте относительно конденсатора. In FIG. 3 shows a diagram of a heat transfer device with evaporators placed at the same height relative to the condenser.

Теплопередающее устройство, согласно предлагаемому техническому решению содержит испарители 1 с капиллярной насадкой 2 внутри, имеющей центральный канал 3 для подвода жидкости (конденсата) и систему периферийных канавок 4 для отвода пара. Теплопередающее устройство имеет также отдельный гидроаккумулятор 5, расположенный над испарителями 1, конденсатор 6, основные паропровод 7 и конденсатопровод 8. Паропроводы 9 и конденсатопроводы 10 испарителей 1 сообщаются, соответственно, с коллектором 11 пара и коллектором 12 конденсата. Гидроаккумулятор 5 подключен к коллектору 12 конденсата с помощью дополнительного конденсатопровода 13 и сообщается с конденсатором 6 через основной конденсатопровод 8. При размещении испарителей 1 на разной высоте относительно конденсатора 6 (фиг. 1, 2) гидроаккумулятор 5 подключен к коллектору 12 конденсата в верхней точке 14, и при размещении испарителе 1 на одной высоте (фиг. 3) - в средней точке 15. Основной паропровод 7 подключен к нижней точке 16 коллектора 11 пара при размещении испарителей 1 на разной высоте, и к средней - 17 при размещении испарителей 1 на одной высоте относительно конденсатора. The heat transfer device, according to the proposed technical solution, contains evaporators 1 with a capillary nozzle 2 inside, having a central channel 3 for supplying liquid (condensate) and a system of peripheral grooves 4 for venting steam. The heat transfer device also has a separate accumulator 5 located above the evaporators 1, a condenser 6, the main steam line 7 and the condensate line 8. The steam lines 9 and the condensate lines 10 of the evaporators 1 communicate, respectively, with a steam collector 11 and a condensate collector 12. The accumulator 5 is connected to the condensate collector 12 using an additional condensate line 13 and communicates with the condenser 6 through the main condensate line 8. When the evaporators 1 are placed at different heights relative to the condenser 6 (Fig. 1, 2), the accumulator 5 is connected to the condensate collector 12 at the upper point 14 , and when the evaporator 1 is placed at the same height (Fig. 3) - at the midpoint 15. The main steam line 7 is connected to the lower point 16 of the steam collector 11 when the evaporators 1 are placed at different heights, and to the middle one - 17 when placed oil 1 at the same height relative to the capacitor.

Теплопередающее устройство работает следующим образом. В исходном положении, например, при вертикальном положении устройства, когда испарители 1 находятся на разной высоте над конденсатором 6, жидкая фаза теплоносителя (конденсат) полностью затапливает испарители 1, а также паровой и жидкостный тракты устройства. Гидроаккумулятор 5 при этом может быть почти или полностью свободен от конденсата. При подаче тепловой нагрузки на испарители 1 и охлаждении конденсатора 6 происходит вскипание теплоносителя в пароотводных канавках 4 насадки 2. За счет разности температуры и давления пара в пароотводных канавках 4 насадки 2 и над поверхностью раздела пар-жидкость в гидроаккумуляторе 5 происходит вытеснение конденсата из паропроводов 9, парового коллектора 11 и конденсатора 6 в гидроаккумулятор 5. В зависимости от суммарной величины тепловой нагрузки на испарители 1 и интенсивности охлаждения конденсатора 6 степень освобождения последнего может быть различной. Соответственно различной оказывается и степень заполнения гидроаккумулятора 5, объем которого позволяет принять весь вытесненный из парового тракта конденсат, что достигается при максимальной для данного устройств суммарной тепловой нагрузке. The heat transfer device operates as follows. In the initial position, for example, in the vertical position of the device, when the evaporators 1 are at different heights above the condenser 6, the liquid phase of the coolant (condensate) completely floods the evaporators 1, as well as the vapor and liquid paths of the device. The accumulator 5 in this case can be almost or completely free from condensate. When the heat load is applied to the evaporators 1 and the condenser 6 is cooled, the coolant boils up in the steam drain grooves 4 of the nozzle 2. Due to the difference in temperature and steam pressure in the steam drain grooves 4 of the nozzle 2 and above the vapor-liquid interface in the accumulator 5, condensate is displaced from the steam pipelines 9 , steam collector 11 and condenser 6 into the accumulator 5. Depending on the total value of the heat load on the evaporators 1 and the cooling rate of the condenser 6, the degree of release of the latter may be different. Accordingly, the degree of filling of the accumulator 5 is also different, the volume of which allows the entire condensate displaced from the steam path to be received, which is achieved at the maximum heat load for this device.

При работе теплопередающего устройства, конденсат из конденсатора 6 по основному конденсатопроводу 8 поступает в гидроаккумулятор 5, частично заполняя его, и оттуда по дополнительному конденсатопроводу 13 попадает в коллектор 12 конденсата. Из коллектора 12 конденсат распределяется между испарителями 1 через конденсатопроводы 10, поступая в центральные каналы 3 откуда от впитывается в насадки 2, движется к нагреваемой стенке испарителя 1 и испаряется в пароотводные канавки 4. Образовавшийся пар через паропроводы 9 попадает в коллектор 11 пара, оттуда в основной паропровод 7 и конденсатор 6, где конденсируется и отдает тепло внешнему приемнику или охлаждающей среде. Таким образом замыкается рабочий цикл теплопередающего устройства. When the heat transfer device is operating, condensate from the condenser 6 through the main condensate line 8 enters the accumulator 5, partially filling it, and from there through the additional condensate line 13 it enters the condensate collector 12. From the collector 12, the condensate is distributed between the evaporators 1 through the condensate pipelines 10, entering the central channels 3 from where it is absorbed into the nozzles 2, moves to the heated wall of the evaporator 1 and evaporates into the vapor drainage grooves 4. The generated steam passes through the steam pipelines 9 to the steam collector 11, from there to main steam line 7 and condenser 6, where it condenses and gives off heat to an external receiver or cooling medium. This closes the duty cycle of the heat transfer device.

Аналогичным образом работа устройства осуществляется при подаче тепловой нагрузки на один или несколько испарителей 1. В этом случае остальные испарители 1 работают в качестве конденсаторов рассеивая часть тепловой нагрузки. Similarly, the operation of the device is carried out when applying a heat load to one or more evaporators 1. In this case, the remaining evaporators 1 work as condensers dispersing part of the heat load.

Аналогичным образом осуществляется работа теплопередающего устройства при размещении испарителей 1 на одной высоте относительно конденсатора 6. Similarly, the work of the heat transfer device when placing the evaporators 1 at the same height relative to the condenser 6.

Claims (2)

1. Теплопередающее устройство, включающее испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канала для подвода конденсата, снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен соответственно к коллекторам пара и конденсата, конденсатор с основным конденсатопроводом, соединенный с коллектором пара посредством основного паропровода, и гидроаккумулятор, соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, отличающееся тем, что гидроаккумулятор подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. 1. A heat transfer device comprising an evaporation section containing several evaporators with a capillary structure inside, having a central channel for supplying condensate, equipped with a system of peripheral grooves for removing steam, a steam pipe and a condensate pipe of each of which is connected respectively to the steam and condensate collectors, a condenser with a main condensate pipe connected to the steam collector by means of the main steam line, and a hydraulic accumulator connected by a separate pipeline to the condensate collector a, characterized in that the accumulator is connected to the capacitor through the main condensate line. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией. 2. The device according to p. 1, characterized in that the accumulator is located above the evaporation section.
RU96111586A 1996-06-06 1996-06-06 Heat-transfer device RU2120592C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96111586A RU2120592C1 (en) 1996-06-06 1996-06-06 Heat-transfer device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96111586A RU2120592C1 (en) 1996-06-06 1996-06-06 Heat-transfer device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96111586A RU96111586A (en) 1998-09-10
RU2120592C1 true RU2120592C1 (en) 1998-10-20

Family

ID=20181711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96111586A RU2120592C1 (en) 1996-06-06 1996-06-06 Heat-transfer device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2120592C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2442743A (en) * 2006-10-12 2008-04-16 Energetix Group Ltd A Closed Cycle Heat Transfer Device
WO2014102402A1 (en) 2012-12-28 2014-07-03 Ibérica Del Espacio, S.A. Loop heat pipe apparatus for heat transfer and thermal control
EP2985556A1 (en) 2014-08-14 2016-02-17 Ibérica del Espacio, S.A. Advanced control two phase heat transfer loop
RU2761712C2 (en) * 2021-04-06 2021-12-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" Heat transfer device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. D.R.e.a. Application of Capilla-ry Pumped Loop Heat Transport Systems to Large Spacecraft "AJAA pop", 1986, N1295, 12pp. 3. J.Ku, EJ. Kroliczek at al. "Functional and Performance Test of Two Capillary Pumped Loop Enginering Models. AJAA Pap., N 1248, 1986. 4. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2442743A (en) * 2006-10-12 2008-04-16 Energetix Group Ltd A Closed Cycle Heat Transfer Device
US8141362B2 (en) 2006-10-12 2012-03-27 Energetix Genlec Limited Closed cycle heat transfer device and method
WO2014102402A1 (en) 2012-12-28 2014-07-03 Ibérica Del Espacio, S.A. Loop heat pipe apparatus for heat transfer and thermal control
EP2985556A1 (en) 2014-08-14 2016-02-17 Ibérica del Espacio, S.A. Advanced control two phase heat transfer loop
US9829253B2 (en) 2014-08-14 2017-11-28 Ibérica Del Espacio, S.A. Advanced control two phase heat transfer loop
RU2761712C2 (en) * 2021-04-06 2021-12-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" Heat transfer device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5842513A (en) System for transfer of energy between a hot source and a cold source
US6247331B1 (en) Absorption refrigerator and the method of producing the same
KR20160046714A (en) Defrosting device and refrigerator having the same
EP0006612B1 (en) Vapor generating and recovering apparatus
RU2120592C1 (en) Heat-transfer device
US6405558B1 (en) Refrigerant storage apparatus for absorption heating and cooling system
Kikas Laminar flow distribution in solar systems
US4372126A (en) Closed cycle system for generating usable energy from waste heat sources
RU2349852C1 (en) Gravity-assisted heat pipe
US3154930A (en) Refrigeration apparatus
US2203207A (en) Refrigerating apparatus
RU2079081C1 (en) Circuit heat pipe
US6305182B1 (en) Absorption heating and cooling system having an improved refrigerant control apparatus
RU2761712C2 (en) Heat transfer device
RU2685078C1 (en) Passive control thermal control system based on the circuit heat pipe for cooling of processors and programmable logic integrated circuits in space and aircraft electronic modules and servers
RU2115869C1 (en) Refrigerator
US2237622A (en) Absorption refrigerating machine
RU2117893C1 (en) Heat-transfer two-phase loop (versions)
SU1719819A1 (en) Vertical shell-tube evaporator
US2525431A (en) Absorption refrigeration system and process
US2377319A (en) Refrigeration
US2678548A (en) Two-fluid refrigeration system
SU1765677A1 (en) Heat pump-feed unit
RU2044247C1 (en) Heat-transferring device
US3276514A (en) Heating and cooling apparatus