RU2168136C2 - Мультиохлаждающее устройство - Google Patents
Мультиохлаждающее устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168136C2 RU2168136C2 RU99108065A RU99108065A RU2168136C2 RU 2168136 C2 RU2168136 C2 RU 2168136C2 RU 99108065 A RU99108065 A RU 99108065A RU 99108065 A RU99108065 A RU 99108065A RU 2168136 C2 RU2168136 C2 RU 2168136C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- evaporation
- condensation
- cooling
- heating
- Prior art date
Links
Abstract
Устройство предназначено для применения в энергомашиностроении, а именно может быть использовано для охлаждения поверхностей, находящихся под воздействием переменной тепловой нагрузки. Мультиохлаждающее устройство содержит N элементов, каждый из которых представляет собой корпус с ребрами, примыкающий к охлаждаемой поверхности, внутри которого помещены зоны испарения и конденсации, заполненные и мелко-, и крупнопористым гидрофильным и гидрофобным материалами соответственно, зоны транспорта нагретой и охлажденной жидкости, заполненные капиллярным гидрофильным материалом, перегородка, имеющая форму усеченной призмы с паровыми соплами и канавками парового коллектора, выполненная из гидрофобного материала, полость, причем боковые стенки каждого элемента являются смежными стенками примыкающих к нему других элементов. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона тепловой нагрузки и обеспечение дифференцированного охлаждения нагретой поверхности. 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для охлаждения поверхностей, находящихся под воздействием переменной тепловой нагрузки, например, в системах охлаждения двигателей.
Известна плоская тепловая труба, содержащая частично заполненный жидким теплоносителем корпус и расположенные в нем ребра, образующие каналы, сообщающиеся между собой со стороны зон испарения и конденсации, ограниченные буртиками с обеих сторон [1].
Недостатками известного устройства являются низкая надежность работы при изменении ориентации тепловой трубы в пространстве, узкий диапазон воспринимаемой тепловой нагрузки и низкая удельная производительность.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплообменник, содержащий корпус, разделенный на полости горячего и холодного газов плоским диском на вращающемся валу с размещенными на нем параллельно валу тепловыми трубами (элементами), состоящими из корпуса с расположенными в нем зонами испарения транспорта и конденсации, причем в зонах испарения и транспорта размещены пластины с зазором в зоне испарения и отверстием с буртиком в зоне транспорта [2].
К недостаткам известного устройства относятся необходимость подвода механической энергии для вращения вала, узкий диапазон воспринимаемой тепловой нагрузки, обусловленный возможностью работы элементов только в режиме испарение - конденсация, невозможность дифференцированного охлаждения различных участков охлаждаемой поверхности, находящихся под воздействием различной тепловой нагрузки, что сужает область применения устройства, и в конечном итоге, снижает его эффективность.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности устройства.
Поставленная задача реализуется в мультиохлаждающем устройстве (МОУ), которое содержит элементы, состоящие из корпуса с расположенными в нем зонами конденсации, испарения и транспорта, причем зоны испарения и конденсации расположены на противоположных стенках и снабжены капиллярно-пористой структурой, системы пароотводящих каналов помещены в полость между зонами испарения и конденсации в центральной части корпуса, зоны нагрева и испарения заполнены гидрофильным мелкозернистым материалом на высоту, равную высоте поднятия жидкости в капиллярах материала, зона охлаждения и конденсации заполнена гидрофобным крупнопористым материалом на высоту, равную высоте нагрева и испарения, зона транспорта нагретой жидкости заполнена гидрофильным материалом с коническими капиллярами, направленными вершинами конуса по нормам к зоне охлаждения и конденсации, к которой примыкают паровые канавки, выполненные в смежной с другими элементами стенке корпуса и покрытые гидрофобным материалом, зона транспорта охлажденной жидкости, соединяющая нижние части зон конденсации и испарения, заполнена гидрофильным материалом с коническими капиллярами, направленными вершинами конусов по нормали к зоне нагрева и испарения, перегородка, примыкающая к зоне нагрева и испарения, имеющая форму усеченной призмы, выполнена из гидрофобного материала с коническими соплами, размещенными равномерно в шахматном порядке, направленными вершинами конуса сопла в сторону испарительной зоны, к входным отверстиям которых подведены канавки парового коллектора буферной полости, размещенной между перегородкой и зоной конденсации, а боковые стенки каждого охлаждающего элемента являются смежными с примыкающими к нему близлежащими охлаждающими элементами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение диапазона тепловой нагрузки охлаждающего устройства и обеспечение возможности дифференцированного охлаждения охлаждаемой поверхности.
На чертеже представлен элемент предлагаемого мультиохлаждающего устройства.
Мультиохлаждающее устройство (МОУ) состоит из N-элементов, каждый из которых содержит корпус 1, снабженный со стороны наружной поверхности ребрами 2, загрузочным отверстием 3, расположенным на высоте h с пробкой 4, пароотводящими канавками 5, выполненными на верхней смежной стенке корпуса 1, поверхность лотка которых покрыта гидрофобным материалом, и примыкающий к охлаждаемой поверхности 6, с размещенными внутри него зонами нагрева и испарения 7 высотой, толщиной и шириной, равными h, δ1 и S соответственно, заполненными мелкопористым гидрофильным материалом, расположенной на противоположной стороне корпуса 1 зоной охлаждения и конденсации 8 высотой, толщиной и шириной, равными h, δ4 и S соответственно, заполненной крупнопористым гидрофобным материалом, соединяющей верхние части зон нагрева и испарения 7 и охлаждения и конденсации 8, зоной транспорта нагретой жидкости 9 высотой, длиной и шириной, равными h, δ6 и S соответственно, выполненной из гидрофильного материала с коническими капиллярами, направленными вершиной конуса в сторону зоны охлаждения и конденсации 8, соединяющей нижние части зон охлаждения и конденсации 8 и нагрева и испарения 9, зоной транспорта конденсата (охлажденной жидкости) 10 высотой, длиной и шириной, равными h, δ6 и S соответственно, выполненной из гидрофильного материала с коническими капиллярами, направленными вершиной конуса в сторону зоны нагрева и испарения 7, примыкающей к этой зоне, перегородкой 11, имеющей форму усеченной призмы толщиной верхнего и нижнего оснований δ2 и δ5, высотой и шириной h4 и S' соответственно, изготовленной из гидрофобного материала со сквозными коническими отверстиями (соплами) 12, размещенными равномерно в шахматном порядке, направленными вершиной конуса сопла 12 по нормали в сторону испарительной зоны 7, к входным отверстиям которых подведены канавки парового коллектора 13, выполненные на вертикальной поверхности перегородки 11, примыкающей к зоне испарения 7 и буферной полости 14, имеющей форму усеченной призмы с толщиной верхнего и нижнего оснований δ3 и δ7, высотой и шириной h4 и S соответственно, размещенной между перегородкой 11 и зоной охлаждения и конденсации 8.
В основу работы предлагаемого МОУ положена способность пористых материалов выполнять роль насосов для перекачки жидкостей, преодолевая силы гравитации, инерции и трения на высоту, обусловленную диаметром пор материала, родом жидкости и силой гравитации [3, с. 377] в сторону вершины конуса капилляра [3, с. 304], гидрофильными и гидрофобными (лиофильными и лиофобными) свойствами используемых материалов, а также свойством пара при дросселировании снижать свое теплосодержание [4, с. 114].
Определяющим размером элемента предлагаемого МОУ является высота h зоны нагрева и испарения 7, которая зависит от диаметра пор материала, силы гравитации и рабочей жидкости. Ширина элемента S выбирается, исходя из необходимой элементарной площади охлаждения, механической прочности конструкции корпуса 1 и надежной заправки элемента МОУ. Толщина элемента δ зависит от толщины мелкопористого материала зоны нагрева и испарения 7, которая, в свою очередь, должна обеспечивать необходимый расход рабочей жидкости при максимальной тепловой нагрузке Q, длины δ6 транспортных секций 9 и 10, зависящей от диаметра капилляров, толщины δ4, зоны конденсации и охлаждения 8. Толщина транспортных зон 9 и 10 h1 и h2 выбирается, исходя из возможности обеспечения необходимого расхода рабочей жидкости при максимальной тепловой нагрузке. Диаметры пор мелкопористого материала зоны 7, капилляров зон 9 и 10 выбираются, исходя из возможности обеспечения надежной циркуляции рабочей жидкости в системе. Диаметр пор гидрофобного материала зоны 8 выбирается, исходя из обеспечения возможности конденсации пара в них и свободного движения капель жидкости вниз под действием силы тяжести. Толщина нижнего и верхнего оснований призматической перегородки 11 δ2 и δ5 определяется длиной транспортных зон 9 и 10 δ6, длиной сопел 12 и толщиной оснований буферной полости 14 δ3 и δ7. Значение входного диаметра сопел 12, площадь сечения канавок парового коллектора 13 и паровых канавок 5 выбирается, исходя из условия невозможности проскока рабочей жидкости при начальном режиме нагрев - охлаждение. Величина выходного диаметра сопел 12 выбирается из условия оптимального угла конусности θ = 5-7o для конусных расширяющихся сопел. Длина сопел 12 также определяется из рекомендации L = 3-5d [5, с. 205], причем в целях равномерного отвода пара из зоны нагрева и испарения 7 длина сопел 12 уменьшается в соответствии с уменьшением толщины призматической перегородки 11 таким образом, чтобы сопротивление движению пара через любое сопло 12 и насадку зоны 7 было одинаковым. Размеры буферной полости 14 δ3 и δ7 определяются толщиной перегородки 11 и длиной транспортных зон 9 и 10 и должны обеспечивать равномерное распределение пара по живому сечению крупнопористого материала зоны охлаждения и конденсации 8. Число элементов N определяется площадью охлаждаемой поверхности 6.
МОУ работает следующим образом. Перед началом работы каждый элемент заполняется рабочей жидкостью через отверстие 3 на глубину h3, после чего отверстие 3 герметизируется пробкой 4, а рабочая жидкость за счет капиллярных сил подается коническими капиллярами гидрофильного материала зоны транспорта конденсата 10 в зону нагрева 7, где заполняет все пористое пространство гидрофильной насадки на высоту h, не попадая в сопла 12 за счет гидрофобных свойств материала перегородки 11, откуда рабочая жидкость засасывается коническими капиллярами гидрофильного материала зоны транспорта нагретой жидкости 9 и останавливается перед гидрофобным материалом крупнопористой насадки зоны охлаждения и конденсации 8. При возникновении потока тепла Q в режиме работы нагрев - охлаждение от охлаждаемой поверхности 6 рабочая жидкость в порах материала зоны нагрева и испарения 7 за счет градиента давления, образующегося в результате разности плотностей нагретой и охлаждаемой жидкости (естественного циркуляционного давления) начинает подниматься вверх [6, с. 300], жидкость, находящаяся в капиллярах гидрофильного материала зоны транспорта нагретой жидкости 9, также начинает движение, преодолевает сопротивление отталкивающих сил гидрофобного материала зоны охлаждения и конденсации 8, заполняет ее поры, охлаждается от наружной стенки корпуса 1, стекает вниз под действием тяжести, снова засасывается коническими капиллярами гидрофильного материала зоны транспорта охлажденной жидкости 10 и подается в пористое пространство гидрофильного материала зоны нагрева и испарения 7, и цикл повторяется снова. При увеличении теплового потока Q от охлаждаемой поверхности 6 наступает смешанный режим нагрев - охлаждение, сопровождаемый режимом испарение - конденсация. При этом помимо нагрева жидкости в зоне нагрева и испарения 7 и транспорта ее через зону 9 в зону охлаждения и конденсации 8, часть ее испаряется и пар, преодолевая сопротивление сил отталкивания гидрофобного материала перегородки 11, поступает в конические сопла 12, дросселируется, расширяется в буферной полости 14, теряя часть своего теплосодержания, распределяется в порах гидрофобного материала зоны конденсации 8, полученный конденсат смешивается с охлажденной жидкостью, поступающей туда же в результате естественной циркуляции из зоны нагрева 7 и засасывается коническими капиллярами гидрофильного материала зоны транспорта охлажденной жидкости 10, после чего цикл повторяется снова. При дальнейшем увеличении теплового потока Q от охлаждаемой поверхности 6 элемент МОУ начинает работать в режиме испарение - конденсация, когда вся жидкость, двигающаяся в порах материалов зоны нагрева и испарения 7, испаряется, полученный пар дросселируется через сопла 12, сопротивление которых снижается по ходу движения жидкости, обеспечивая равный расход пара через них, смывание всей охлаждаемой поверхности 6 рабочей жидкостью, обеспечивая таким образом равномерное ее охлаждение. Оставшаяся часть пара удаляется из зоны испарения 7 через канавки 5 в зону конденсации 8. Дросселированный в соплах 12 пар расширяется в буферной полости 14, распределяется в порах гидрофобного крупнопористого материала зоны конденсации 8, где конденсируется, охлаждается, стекает вниз и засасывается коническими капиллярами гидрофильного материала зоны транспорта конденсата 10, после чего цикл повторяется снова. При этом зона транспорта нагретой жидкости 9 в процессе практически не участвует. Одновременно другие элементы МОУ могут работать в других режимах в зависимости от интенсивности теплового потока соответствующего участка охлаждаемой поверхности 6.
Широту диапазона воспринимаемой тепловой нагрузки МОУ можно проиллюстрировать на примере работы элемента устройства, заправленного водой.
Тепловой поток в режиме минимальной тепловой нагрузки нагрев - охлаждение равен
Qmin = G•c• Δt (1),
где G = 1 кг/с - условный расход рабочей жидкости;
C = 4,19 кДж/(кг •oC) - теплоемкость воды;
Δt = 1oC - изменение температуры воды.
Qmin = G•c• Δt (1),
где G = 1 кг/с - условный расход рабочей жидкости;
C = 4,19 кДж/(кг •oC) - теплоемкость воды;
Δt = 1oC - изменение температуры воды.
Qmin = 1•4,19•1 = 4,19 кДж/с.
Тепловой поток в режиме максимальной тепловой нагрузки испарение - конденсация
Qmax = г•G (2),
где r = 2260 кДж/кг - теплота испарения воды при нормальных условиях.
Qmax = г•G (2),
где r = 2260 кДж/кг - теплота испарения воды при нормальных условиях.
Qmax = 2260•1 = 2260 кДж/с.
Соответственно, тепловая нагрузка, воспринимаемая элементом МОУ, может изменяться в 2260/4,19 ≈ 540 раз.
Литература
1. А.с. SU N 1783268, Мкл. F 28 D 15/02, 1991.
1. А.с. SU N 1783268, Мкл. F 28 D 15/02, 1991.
2. А.с. SU N 1673824, Мкл. F 28 D 15/02, 1989.
3. А.В.Лыков. Тепломассообмен. Справочник. - М.: Энергия, 1978, 480 с.
4. И.Н.Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, 480 с.
5. А.А.Угинчус. Гидравлика и гидравлические машины. - Х.: ХГУ, 1966, 400 с.
6. В.Н.Богословский, А.Н.Сканави. Отопление. - М.: Стройиздат, 1991, 736 с.
Claims (1)
- Мультиохлаждающее устройство, которое содержит элементы, состоящие из корпуса с расположенными в нем зонами конденсации, испарения и транспорта, отличающееся тем, что зоны конденсации и испарения расположены на противоположных стенках и снабжены капиллярно-пористой структурой, системы пароотводящих каналов, помещенных в полость между зонами испарения и конденсации в центральной части корпуса, зоны нагрева и испарения заполнены гидрофильным мелкопористым материалом на высоту, равную высоте поднятия жидкости в капиллярах материала, зона охлаждения и конденсации заполнена гидрофобным крупнопористым материалом на высоту, равную высоте зоны нагрева и испарения, зона транспорта нагретой жидкости заполнена гидрофильным материалом с коническими капиллярами, направленными вершинами конуса по нормали к зоне охлаждения и конденсации, к которой примыкают паровые канавки, выполненные в смежной с другими элементами стенке корпуса и покрытые гидрофобным материалом, зона транспорта охлажденной рабочей жидкости, соединяющая нижние части зон конденсации и испарения, заполнена гидрофильным материалом с коническими капиллярами, направленными вершинами конусов по нормали к зоне нагрева и испарения, перегородка, примыкающая к зоне нагрева и испарения, имеющая форму усеченной призмы, выполненная из гидрофобного материала с коническими соплами, размещенными равномерно в шахматном порядке, направленными вершиной конуса сопла в сторону испарительной зоны, к входным отверстиям которых подведены канавки парового коллектора, буферная полость, размещенная между перегородкой и зоной конденсации, причем боковые стенки каждого охлаждающего элемента являются смежными стенками с примыкающими к нему близлежащими охлаждающими элементами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108065A RU2168136C2 (ru) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Мультиохлаждающее устройство |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108065A RU2168136C2 (ru) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Мультиохлаждающее устройство |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99108065A RU99108065A (ru) | 2001-02-10 |
RU2168136C2 true RU2168136C2 (ru) | 2001-05-27 |
Family
ID=20218736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99108065A RU2168136C2 (ru) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | Мультиохлаждающее устройство |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2168136C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA016197B1 (ru) * | 2008-05-02 | 2012-03-30 | Республиканское Унитарное Предприятие "Институт Жилища - Ниптис Им. Атаева С.С." | Рекуперативное теплопередающее устройство |
RU2521737C2 (ru) * | 2008-09-30 | 2014-07-10 | Форсед Физикс Ллк | Способ и устройство для регулирования температуры и расхода текучей среды |
WO2019004873A1 (ru) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Владимир Владимирович САХАРОВ | Напорный капиллярный насос |
-
1999
- 1999-04-13 RU RU99108065A patent/RU2168136C2/ru active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA016197B1 (ru) * | 2008-05-02 | 2012-03-30 | Республиканское Унитарное Предприятие "Институт Жилища - Ниптис Им. Атаева С.С." | Рекуперативное теплопередающее устройство |
EA018264B1 (ru) * | 2008-05-02 | 2013-06-28 | Республиканское Унитарное Предприятие "Институт Жилища - Ниптис Им. Атаева С.С." | Способ интенсификации теплообмена |
RU2521737C2 (ru) * | 2008-09-30 | 2014-07-10 | Форсед Физикс Ллк | Способ и устройство для регулирования температуры и расхода текучей среды |
WO2019004873A1 (ru) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Владимир Владимирович САХАРОВ | Напорный капиллярный насос |
GB2578041A (en) * | 2017-06-30 | 2020-04-15 | Vladimirovich Sakharov Vladimir | Capillary pressure pump |
GB2578041B (en) * | 2017-06-30 | 2021-07-14 | Vladimirovich Sakharov Vladimir | Pressure Capillary Pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20090159243A1 (en) | Nano tube lattice wick system | |
US4585055A (en) | Liquid film evaporation type heat exchanger | |
WO2004038318A2 (en) | Vapor escape microchannel heat exchanger | |
JPH0718408B2 (ja) | 熱駆動ポンプ | |
US4510922A (en) | Energy storage system having thermally stratified liquid | |
US4522254A (en) | Heat storage trough | |
CN105910480B (zh) | 一种泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板 | |
CN110475465A (zh) | 一种射流孔高度变化的热管系统 | |
TW434395B (en) | Heat exchanger | |
Jiang et al. | Boiling heat transfer on machined porous surfaces with structural optimization | |
RU2168136C2 (ru) | Мультиохлаждающее устройство | |
Betancur et al. | Experimental study of thermal performance in a closed loop pulsating heat pipe with alternating superhydrophobic channels | |
US4458747A (en) | Direct-contact closed-loop heat exchanger | |
US6263958B1 (en) | Heat exchangers that contain and utilize fluidized small solid particles | |
CN110736374A (zh) | 一种根据蓄热材料温度自主加热的蓄热器 | |
US3681938A (en) | Absorption refrigeration apparatus of the inert gas type | |
Allingham et al. | Determination of boiling film coefficient for a heated horizontal tube in water-saturated wick material | |
CN111174615A (zh) | 一种表面能梯度仿生吸液芯及应用 | |
CN105843347B (zh) | 基于振荡诱发的双向流换热器 | |
US2635864A (en) | Pebble heating and reaction chamber | |
CN205808199U (zh) | 泵流体回路用复合槽道热管结构的微通道冷板 | |
JP2023536287A (ja) | 熱エネルギー貯蔵および回収システム並びに方法 | |
JP7336130B2 (ja) | 冷媒循環型の冷却装置 | |
US3362083A (en) | Gaseous apparatus for cooling pulverulent material | |
JPS5918383A (ja) | 直接液−液接触式熱交換器 |