RU2296929C2 - Device for cooling electronic instruments - Google Patents

Device for cooling electronic instruments Download PDF

Info

Publication number
RU2296929C2
RU2296929C2 RU2005106446/06A RU2005106446A RU2296929C2 RU 2296929 C2 RU2296929 C2 RU 2296929C2 RU 2005106446/06 A RU2005106446/06 A RU 2005106446/06A RU 2005106446 A RU2005106446 A RU 2005106446A RU 2296929 C2 RU2296929 C2 RU 2296929C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
evaporator
steam
heat transfer
wick structure
condenser
Prior art date
Application number
RU2005106446/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005106446A (en
Inventor
Юрий Фольевич Майданик (RU)
Юрий Фольевич Майданик
Сергей Васильевич Вершинин (RU)
Сергей Васильевич Вершинин
Владимир Григорьевич Пастухов (RU)
Владимир Григорьевич Пастухов
Original Assignee
Институт теплофизики Уро 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 Уро РАН filed Critical Институт теплофизики Уро РАН
Priority to RU2005106446/06A priority Critical patent/RU2296929C2/en
Publication of RU2005106446A publication Critical patent/RU2005106446A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2296929C2 publication Critical patent/RU2296929C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: heat exchange apparatus.
SUBSTANCE: device comprises closed pressure-tight circuit partially filled with a heat-transfer agent and having evaporator that receive wick structure composed of steam discharging passages in the zone of heating, and hollow and condenser interconnected through hollow condensers and steam duct. The device is additionally provided with a tank connected with the evaporator and is in communication with condensate duct. The evaporator has steam collector connected with the steam duct. The condenser is hollow, and the outlet of the condenser is set in the hollow of the wick structure of the evaporator. The evaporator may be shaped into cylinder, flat rectangle, flat oval, or disk. The condenser may be made of a section of hollow tube connected between the steam duct and condensate duct, or hollow coil pipe.
EFFECT: expanded functional capabilities.
7 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов электронных приборов, включая компьютеры, а также к области теплотехники, в частности к тепловым трубам.The invention relates to the field of electronics, in particular to the cooling of heat-stressed components of electronic devices, including computers, as well as to the field of heat engineering, in particular to heat pipes.

Известно теплопередающее устройство "Многокамерная регулируемая тепловая труба" [Патент США №3,543,839], выполненная в виде замкнутого контура, включающего испарительную камеру (испаритель) и конденсаторную камеру (конденсатор), соединенные раздельными трубопроводами для пара и жидкости (паропроводом и конденсатопроводом). В испарителе и конденсаторе размещены фитильные структуры, которые соединены между собой посредством другой фитильной структуры, заполняющей конденсатопровод. Паропровод выполнен пустотелым и в нем размещена заслонка, регулирующая величину проходного сечения паропровода.Known heat transfer device "Multi-chamber adjustable heat pipe" [US Patent No. 3,543,839], made in the form of a closed loop, including an evaporation chamber (evaporator) and a condenser chamber (condenser), connected by separate pipelines for steam and liquid (steam and condensate). Wick structures are placed in the evaporator and condenser, which are interconnected by another wick structure filling the condensate line. The steam line is hollow and a damper is placed in it, which regulates the size of the passage section of the steam line.

Недостатком такого устройства является низкая теплопередающая способность, которая обусловлена большим гидравлическим сопротивлением фитильной структуры, расположенной по всей длине конденсатопровода. Другим недостатком является повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке происходит через слой фитильной структуры. Еще одним недостатком является ограниченная гибкость, обусловленная наличием фитильной структуры в конденсатопроводе, которая может деформироваться при больших углах изгиба и изменять свою проницаемость.The disadvantage of this device is the low heat transfer capacity, which is due to the large hydraulic resistance of the wick structure located along the entire length of the condensate line. Another disadvantage is the increased thermal resistance of the capacitor, in which heat transfer from steam to the wall occurs through the layer of the wick structure. Another disadvantage is the limited flexibility due to the presence of a wick structure in the condensate pipe, which can deform at large bending angles and change its permeability.

Известно другое теплопередающее устройство "Тепловая труба" [Авторское свидетельство СССР №556307], выполненное в виде замкнутого контура, включающего испаритель и конденсатор, соединенные раздельными паропроводом и конденсатопроводом. Устройство имеет фитильные структуры, расположенные в испарителе, конденсаторе и паропроводе. Фитильная структура в испарителе содержит выемку со стороны конденсатопровода и пароотводные каналы, расположенные по ее периферии вдоль стенки испарителя и открытые в сторону паропровода. К фитильной структуре испарителя прикреплена другая фитильная структура, свободно проходящая вдоль паропровода. Фитильная структура в конденсаторе размещена на его боковой и одной из торцевых стенок.It is known another heat transfer device "Heat pipe" [USSR author's certificate No. 556307], made in the form of a closed loop, comprising an evaporator and a condenser connected by a separate steam pipe and condensate pipe. The device has wick structures located in the evaporator, condenser and steam line. The wick structure in the evaporator contains a recess from the side of the condensate line and steam drainage channels located along its periphery along the wall of the evaporator and open towards the steam line. Another wick structure is attached to the wick structure of the evaporator, freely passing along the steam line. The wick structure in the capacitor is placed on its side and one of the end walls.

Недостатком данного устройства является пониженная теплопередающая способность. Это обусловлено тем, что часть проходного сечения паропровода занимает фитильная структура, которая увеличивает его гидравлическое сопротивление. Кроме того, недостатком является также повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке осуществляется через фитильную структуру. Известно еще одно теплопередающее устройство "Контурная тепловая труба для охлаждения мобильных компьютеров" (Патент США №6.381.135), которое в данном случае выбрано в качестве прототипа. Устройство выполнено в виде замкнутого контура, включающего испаритель и конденсатор, соединенные раздельными паропроводом и конденсатопроводом. В испарителе, конденсаторе и конденсатопроводе имеются фитильные структуры, причем фитильная структура, заполняющая конденсатопровод, связывает фитильные структуры испарителя и конденсатора и имеет отличные от них размер пор и пористость.The disadvantage of this device is the reduced heat transfer capacity. This is due to the fact that part of the passage section of the steam pipe is occupied by a wick structure, which increases its hydraulic resistance. In addition, the disadvantage is the increased thermal resistance of the capacitor, in which heat transfer from steam to the wall is carried out through the wick structure. Another heat transfer device is known, "Contour heat pipe for cooling mobile computers" (US Patent No. 6.381.135), which in this case is selected as a prototype. The device is made in the form of a closed loop, including an evaporator and a condenser, connected by a separate steam line and condensate line. There are wick structures in the evaporator, condenser and condensate conduit, and the wick structure filling the condensate conductor binds the wick structures of the evaporator and condenser and has pore size and porosity different from them.

Существенным недостатком этого устройства, так же как и в указанных выше аналогах, является низкая теплопередающая способность. Этот недостаток обусловлен большим гидравлическим сопротивлением конденсатопровода, заполненного фитильной структурой по всей длине.A significant disadvantage of this device, as well as in the above analogues, is the low heat transfer capacity. This disadvantage is due to the large hydraulic resistance of the condensate line filled with a wick structure along the entire length.

Чтобы компенсировать значительные потери давления в жидкости, которая движется в этой структуре на всем пути от конденсатора к испарителю, необходимо увеличить диаметр конденсатопровода. Если принять во внимание, что тепловая мощность, которую рассеивают основные теплонапряженные компоненты компьютеров, такие как центральный или графический процессоры, приближается к 100 Вт, то увеличение диаметра конденсатопровода при характерном расстоянии теплопередачи в пределах 100-150 мм должно быть весьма существенным. В свою очередь, это может привести к проблемам, связанным с размещением таких теплопередающих устройств в сильно стесненных условиях, которые особенно присущи мобильным компьютерам, поскольку конденсатопровод диаметром 6-8 мм, необходимый при указанном уровне мощности, не обладает достаточной гибкостью, даже если он заполнен эластичной фитильной структурой.In order to compensate for significant pressure losses in the fluid that moves in this structure all the way from the condenser to the evaporator, it is necessary to increase the diameter of the condensate line. If we take into account that the thermal power dissipated by the main heat-stressed components of computers, such as central or graphic processors, approaches 100 W, then the increase in the diameter of the condensate line with a characteristic heat transfer distance in the range of 100-150 mm should be very significant. In turn, this can lead to problems associated with the placement of such heat transfer devices in very cramped conditions, which are especially inherent in mobile computers, since the condensate pipe with a diameter of 6-8 mm, required at the indicated power level, does not have sufficient flexibility, even if it is full elastic wick structure.

Другим типичным недостатком устройств такого типа является повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке происходит через слой фитильной структуры, имеющей относительно низкую теплопроводность из-за высокой пористости. Указанное обстоятельство приводит к тому, что общий перепад температуры между испарителем и конденсатором увеличивается и при одной и той же передаваемой мощности и, соответственно, возрастает общее термическое сопротивление устройства. Этот недостаток, особенно применительно к мобильным компьютерам, также является весьма существенным, поскольку здесь существуют сильные ограничения не только по размерам теплопередающих устройств, но и по максимально допустимой разности температур между источником и стоком тепла. Еще одним недостатком, характерным для теплопередающих устройств любого типа, включая прототип, использующих "капиллярный механизм" для прокачки теплоносителя и имеющих фитильную структуру, расположенную по всей длине устройства между испарителем и конденсатором, является высокая чувствительность к изменению положения в пространстве. Дело в том, что при работе таких устройств, когда испаритель оказывается выше конденсатора, в них возникает дополнительное сопротивление для движения жидкости из конденсатора в испаритель. Это сопротивление называется гидростатическим и его величина определяется выражением:Another typical drawback of devices of this type is the increased thermal resistance of the capacitor, in which heat transfer from steam to the wall occurs through a layer of the wick structure having relatively low thermal conductivity due to high porosity. This circumstance leads to the fact that the total temperature difference between the evaporator and the condenser increases and at the same transmitted power and, accordingly, the overall thermal resistance of the device increases. This drawback, especially with regard to mobile computers, is also very significant, since there are strong restrictions not only on the size of the heat transfer devices, but also on the maximum allowable temperature difference between the heat source and sink. Another drawback characteristic of heat transfer devices of any type, including the prototype, using the “capillary mechanism” for pumping the coolant and having a wick structure located along the entire length of the device between the evaporator and condenser, is a high sensitivity to a change in position in space. The fact is that during the operation of such devices when the evaporator is higher than the condenser, additional resistance arises in them for the liquid to move from the condenser to the evaporator. This resistance is called hydrostatic and its value is determined by the expression:

ΔРg=(ρlv)·g·L·sinφ,ΔP g = (ρ lv ) g g L sin sin

где (ρl, ρv) - плотность пара и жидкости, g - ускорение свободного падения, L - эффективная длина теплопередающего устройства, φ - угол наклона к горизонтальной плоскости. Гидростатическое сопротивление Pg достигает максимума при вертикальном положении устройства, когда испаритель находится выше конденсатора. Его величина может стать превалирующей даже при небольших углах наклона, если эффективная длина устройства превышает 150-200 мм.where (ρ l , ρ v ) is the density of vapor and liquid, g is the acceleration of gravity, L is the effective length of the heat transfer device, φ is the angle of inclination to the horizontal plane. The hydrostatic resistance Pg reaches its maximum when the device is upright when the evaporator is above the condenser. Its value may become prevailing even at small tilt angles, if the effective length of the device exceeds 150-200 mm.

Единственным путем для компенсации дополнительного гидростатического сопротивления является увеличение капиллярного давления, создаваемого фитильной структурой. При использовании одного и того же теплоносителя это может быть достигнуто только при уменьшении размера пор фитильной структуры в соответствии с формулой:The only way to compensate for additional hydrostatic resistance is to increase the capillary pressure created by the wick structure. When using the same coolant, this can be achieved only by reducing the pore size of the wick structure in accordance with the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔРc - капиллярное давление, δ - коэффициент поверхностного натяжения теплоносителя на границе жидкость-пар, r - эффективный радиус пор фитильной структуры, Θ - краевой угол смачивания фитильной структуры теплоносителем.where ΔР c is capillary pressure, δ is the surface tension coefficient of the coolant at the liquid-vapor interface, r is the effective radius of the pores of the wick structure, and Θ is the wetting angle of the wick structure with the coolant.

Однако здесь следует иметь в виду, что уменьшение радиуса пор ведет одновременно к уменьшению проницаемости фитильной структуры пропорционально квадрату радиуса пор.However, it should be borne in mind that a decrease in the pore radius simultaneously leads to a decrease in the permeability of the wick structure in proportion to the square of the pore radius.

k=А·ε·r2,k = A · ε · r 2 ,

где k - коэффициент проницаемости, А - эмпирический коэффициент, ε -пористость, r - радиус пор.where k is the permeability coefficient, A is the empirical coefficient, ε is the porosity, r is the radius of the pores.

В свою очередь уменьшение коэффициента проницаемости прямо связано с увеличением гидравлического сопротивления фитильной структуры:In turn, a decrease in the permeability coefficient is directly related to an increase in the hydraulic resistance of the wick structure:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ΔРf - гидравлическое сопротивление фитильной структуры, η - динамический коэффициент вязкости, G - массовый расход теплоносителя, l - длина фитильной структуры, ρ - плотность теплоносителя, R - радиус поперечного сечения фитильной структуры.where ΔР f is the hydraulic resistance of the wick structure, η is the dynamic coefficient of viscosity, G is the mass flow rate of the coolant, l is the length of the wick structure, ρ is the density of the coolant, R is the radius of the cross section of the wick structure.

Таким образом, в рамках технической концепции, используемой в прототипе, которая состоит в размещении фитильной структуры по всей длине конденсатопровода, скрыто внутреннее противоречие. Оно состоит в том, что при увеличении капиллярного давления для компенсации гидростатического сопротивления происходит значительное увеличение гидравлического сопротивления фитильной структуры, которое при достаточно большой ее длине может полностью нивелировать прирост капиллярного давления, достигнутого за счет уменьшения размера пор.Thus, in the framework of the technical concept used in the prototype, which consists in placing the wick structure along the entire length of the condensate pipe, an internal contradiction is hidden. It consists in the fact that with an increase in capillary pressure to compensate for hydrostatic resistance, a significant increase in the hydraulic resistance of the wick structure occurs, which, with a sufficiently large length, can completely neutralize the increase in capillary pressure achieved by reducing the pore size.

На основании изложенного можно заключить, что функциональные возможности и сфера использования теплопередающих устройств, имеющих фитильную структуру, размещенную на всем пути движения от конденсатора к испарителю, существенно ограничены.Based on the foregoing, it can be concluded that the functionality and scope of use of heat transfer devices having a wick structure located along the entire path of movement from the condenser to the evaporator are significantly limited.

В основу изобретения положена задача повышения теплопередающей способности и снижения термического сопротивления теплопередающего устройства, независимо от положения в пространстве.The basis of the invention is the task of increasing the heat transfer ability and reduce the thermal resistance of the heat transfer device, regardless of position in space.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом изобретении теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов выполнено в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, включающего испаритель с фитильной структурой внутри, содержащей пароотводные каналы в зоне подвода тепла, выемку и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом, причем устройство дополнительно снабжено резервуаром, сопряженным с испарителем и сообщающимся с конденсатопроводом, испаритель оснащен паровым коллектором, сообщающимся с паропроводом, а конденсатор выполнен пустотелым, согласно изобретению выходной конец конденсатопровода размещен в выемке фитильной структуры испарителя, который может иметь цилиндрическую, плоскопрямоугольную, плоскоовальную или дискообразную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, включенного между паропроводом и конденсатопроводом, или в виде пустотелого змеевика, может быть выполнен плоским и иметь щелевидное поперечное сечение или состоять из двух цилиндров, установленных один в другой с образованием кольцевого зазора.The problem is solved in that in the present invention, the heat transfer device for cooling electronic devices is made in the form of a closed hermetic circuit, partially filled with a coolant, including an evaporator with a wick structure inside, containing steam channels in the heat supply zone, a recess and a condenser connected by separate hollow condensate conduits and steam line, moreover, the device is additionally equipped with a reservoir associated with the evaporator and communicating with the condensate line, the evaporator is equipped with a steam manifold communicating with the steam line, and the condenser is hollow, according to the invention, the outlet end of the condensate line is placed in the recess of the wick structure of the evaporator, which may have a cylindrical, plane-rectangular, plane-oval or disk-shaped shape, and the condenser may be made in the form of a section of a hollow pipeline included between the steam line and the condensate line, or in the form of a hollow coil, can be made flat and have a slit-like cross section or consist of two cylinders installed one in the other with the formation of an annular gap.

Паровой коллектор испарителя может быть выполнен в виде кольцевой проточки на боковой поверхности фитильной структуры и смещен в сторону резервуара.The vapor collector of the evaporator can be made in the form of an annular groove on the lateral surface of the wick structure and is shifted towards the tank.

Кроме того, на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла имеются дополнительные пароотводные канавки, выполненные в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с пароотводными каналами фитильной структуры.In addition, on the inner surface of the evaporator body in the heat supply zone, there are additional vapor drainage grooves made in the form of small annular grooves communicating with the vapor drainage channels of the wick structure.

В резервуаре размещена дополнительная фитильная структура, размер пор которой больше, чем размер пор фитильной структуры испарителя, а испаритель и резервуар размещены раздельно и сопряжены посредством дополнительного трубопровода.An additional wick structure is placed in the tank, the pore size of which is larger than the pore size of the wick structure of the evaporator, and the evaporator and the tank are placed separately and interfaced by means of an additional pipeline.

Устройство может дополнительно иметь один или более испарителей и конденсаторов.The device may further have one or more evaporators and condensers.

Кроме того, паропровод и конденсатопровод могут иметь участки, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей.In addition, the steam pipe and the condensate pipe may have sections made in the form of hollow tubular spirals.

Паропровод и конденсатопровод могут быть выполнены из гибкого материала с упругими свойствами.The steam line and the condensate line can be made of flexible material with elastic properties.

Для более удобного размещения испарителя внутри охлаждаемого объекта паровой коллектор может быть выполнен в виде кольцевой проточки на боковой поверхности фитильной структуры и смещен в сторону резервуара. При этом такой паровой коллектор должен быть отделен от резервуара слоем фитильной структуры, а паропровод может быть подключен к испарителю со стороны его боковой стенки в месте расположения парового коллектора.For more convenient placement of the evaporator inside the cooled object, the steam collector can be made in the form of an annular groove on the lateral surface of the wick structure and shifted towards the tank. In this case, such a steam collector should be separated from the reservoir by a layer of wick structure, and the steam pipe can be connected to the evaporator from the side of its side wall at the location of the steam collector.

Для дополнительного снижения потерь давления при отводе пара из фитильной структуры на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла выполнены канавки в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с каналами для отвода пара, расположенными в фитильной структуре вдоль стенки испарителя.To further reduce pressure losses during steam removal from the wick structure on the inner surface of the evaporator body in the heat supply zone, grooves are made in the form of small annular grooves communicating with the steam removal channels located in the wick structure along the evaporator wall.

Для обеспечения подпитки фитильной структуры при таком положении теплопередающего устройства в пространстве, когда резервуар располагается ниже испарителя, в резервуаре размещена дополнительная фитильная структура, находящаяся в контакте с фитильной структурой испарителя. Размер пор дополнительной фитильной структуры может быть значительно большим чем размер пор фитильной структуры испарителя, поскольку высота подъема жидкости в ней ограничена только длиной резервуара, которая значительно меньше длины самого теплопередающего устройства.To ensure the feeding of the wick structure at this position of the heat transfer device in space, when the tank is located below the evaporator, an additional wick structure is placed in the tank in contact with the wick structure of the evaporator. The pore size of the additional wick structure can be significantly larger than the pore size of the wick structure of the evaporator, since the height of the liquid in it is limited only by the length of the tank, which is much less than the length of the heat transfer device itself.

Испаритель может иметь цилиндрическую форму, которая более целесообразна при использовании теплоносителей с высоким рабочим давлением пара, например аммиака. Для обеспечения хорошего теплового контакта такого испарителя с источником тепла (охлаждаемым объектом), имеющим плоскую термоконтактную поверхность, например центральным процессором компьютера, на поверхности цилиндрического испарителя размещается специальный переходный элемент "цилиндр-плоскость". Такой элемент выполняет функцию теплового интерфейса, который может хорошо сопрягаться с охлаждаемым объектом по всей его плоской поверхности.The evaporator may have a cylindrical shape, which is more appropriate when using heat carriers with a high working vapor pressure, for example ammonia. To ensure good thermal contact of such an evaporator with a heat source (cooled object) having a flat thermal contact surface, such as a central computer processor, a special cylinder-plane transition element is placed on the surface of a cylindrical evaporator. Such an element performs the function of a thermal interface that can interface well with the object to be cooled over its entire flat surface.

Если в теплопередающем устройстве используется теплоноситель, имеющий низкое давление пара при рабочей температуре, например вода, то испаритель целесообразно выполнять плоским, имеющим прямоугольное или плоскоовальное поперечное сечение. Преимуществом такого испарителя является то, что в данном случае нет необходимости в использовании дополнительных переходных элементов "цилиндр-плоскость".If a heat transfer medium having a low vapor pressure at an operating temperature, for example water, is used in a heat transfer device, it is advisable to perform the evaporator flat, having a rectangular or plane oval cross-section. The advantage of such an evaporator is that in this case there is no need to use additional transition elements "cylinder-plane".

В некоторых случаях испаритель может иметь дискообразную форму. Одна из плоских торцевых стенок такого испарителя служит для подвода тепла. Она также хорошо сопрягается с охлаждаемым объектом, имеющим плоскую термоконтактную поверхность, без использования дополнительного переходного элемента. Кроме того, дискообразные испарители более устойчивы к повышенному внутреннему давлению и могут использоваться с различными теплоносителями, имеющими как низкое, так и высокое рабочее давление. Иногда по условиям компоновки теплопередающего устройства в каком-либо приборе необходимо размещать резервуар отдельно от испарителя на некотором расстоянии от последнего. В этом случае они могут быть сопряжены посредством дополнительного трубопровода.In some cases, the evaporator may be disk-shaped. One of the flat end walls of such an evaporator serves to supply heat. It also mates well with a cooled object having a flat thermal contact surface, without the use of an additional transition element. In addition, disk-shaped evaporators are more resistant to increased internal pressure and can be used with various heat transfer media having both low and high working pressures. Sometimes, according to the layout of the heat transfer device, in some device it is necessary to place the tank separately from the evaporator at a certain distance from the latter. In this case, they can be interfaced by means of an additional pipeline.

Конденсатор теплопередающего устройства может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом и конденсатопроводом. Как правило, этот участок имеет диаметр, равный диаметру паропровода и/или конденсатопровода. Для повышения эффективности теплообмена путем вынужденной или естественной конвекции со внешним стоком тепла и снижения термического сопротивления такой конденсатор может быть снабжен внешним оребрением. Использование такого конденсатора также целесообразно, если стоком тепла являются какие-то элементы конструкции прибора, с которыми такой конденсатор хорошо сопрягается.The condenser of the heat transfer device can be made in the form of a section of a hollow pipeline located between the steam pipe and the condensate pipe. Typically, this section has a diameter equal to the diameter of the steam pipe and / or condensate pipe. To increase the efficiency of heat transfer by forced or natural convection with an external heat sink and reduce thermal resistance, such a condenser can be equipped with external fins. The use of such a capacitor is also advisable if the heat sink is some structural elements of the device with which such a capacitor is well mated.

Конденсатор может быть выполнен в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженного с пластиной, которая служит радиатором. Такой радиатор может иметь достаточно большую и изотермичную поверхность, позволяющую обеспечить эффективный теплообмен с внешней средой и тем самым существенно снизить термическое сопротивление конденсатора.The capacitor can be made in the form of a hollow tubular coil mated to a plate that serves as a radiator. Such a radiator can have a sufficiently large and isothermal surface, which allows for efficient heat exchange with the external environment and thereby significantly reduce the thermal resistance of the capacitor.

Конденсатор может состоять из двух цилиндров с торцевыми заглушками, установленных один в другой с образованием кольцевого и торцевых зазоров. Конденсатор снабжен отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода, которые могут быть выполнены в торцевых заглушках внешнего цилиндра и/или в его боковой поверхности в зависимости от компоновки теплопередающего устройства. Как правило, диаметр внешнего цилиндра превышает диаметр паропровода и конденсатопровода. В то же время его внутренний объем невелик, так как он образован торцевыми и кольцевым зазорами, ширина которых может быть существенно меньше диаметра паропровода и конденсатопровода. На внешней поверхности конденсатора может быть выполнено оребрение для увеличения поверхности теплообмена или рубашка, через которую прокачивается какой-либо жидкий или газообразный охладитель. Такой конденсатор является весьма компактным и в то же время довольно эффективным и хорошо адаптируемым к различным способам теплообмена со внешним стоком тепла.The condenser may consist of two cylinders with end caps installed one in the other with the formation of annular and end gaps. The condenser is equipped with holes for connecting the steam pipe and the condensate pipe, which can be made in the end caps of the outer cylinder and / or in its side surface depending on the layout of the heat transfer device. As a rule, the diameter of the outer cylinder exceeds the diameter of the steam pipe and the condensate pipe. At the same time, its internal volume is small, since it is formed by end and annular gaps, the width of which can be significantly less than the diameter of the steam pipe and the condensate pipe. On the outer surface of the condenser, ribbing can be made to increase the heat exchange surface or a jacket through which any liquid or gaseous cooler is pumped. Such a condenser is very compact and at the same time quite efficient and well adaptable to various methods of heat exchange with an external heat sink.

В тех случаях, когда используется теплоноситель с низким рабочим давлением пара, например вода, конденсатор может быть выполнен плоским и иметь щелевое поперечное сечение.In those cases when a heat carrier with a low working pressure of steam, for example water, is used, the condenser can be made flat and have a slotted cross section.

В некоторых случаях, когда в одном приборе имеется два или несколько источников тепла, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, целесообразно использовать одно теплопередающее устройство, имеющее соответствующее количество испарителей. В других случаях, когда имеется один источник тепла, но два или более стоков тепла, то целесообразно использовать соответствующее количество конденсаторов. Возможно также использовать теплопередающее устройство с двумя или более испарителями и конденсаторами, если имеется соответствующее количество источников и стоков тепла.In some cases, when in one device there are two or more heat sources located at a certain distance from each other, it is advisable to use one heat transfer device having the appropriate number of evaporators. In other cases, when there is one heat source, but two or more heat sinks, it is advisable to use the appropriate number of capacitors. It is also possible to use a heat transfer device with two or more evaporators and condensers, if there is an appropriate number of heat sources and drains.

Для того чтобы обеспечить упругую связь между источником и стоком тепла, которая необходима, например, при воздействии сильных вибрационных нагрузок, паропровод и конденсатопровод могут включать участки, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей, которые демпфируют эти нагрузки. Кроме того, наличие таких спиралей, которые легко сжимаются и растягиваются, позволяет в определенных пределах изменять длину теплопередающего устройства, а также обеспечивать некоторое перемещение источника или стока тепла относительно друг друга. Для того чтобы обеспечить гибкую связь между источником и стоком тепла, которые должны в процессе эксплуатации существенно и часто изменять свое положение относительно друг друга, паропровод и конденсатопровод могут быть выполнены упруго-гибкими, изготовленными, например, из гофрированного металлорукава или полимерного материала. Такие материалы являются достаточно гибкими и одновременно упругими, т.е. способны восстанавливать свою форму после многократного воздействия внешних усилий без снижения своей прочности и герметичности. Размер пор и материал фитильных структур, размеры и форма каналов для отвода пара, геометрические характеристики выемок в фитильной структуре испарителя, размеры щелевых зазоров конденсаторе, объем резервуара, количество теплоносителя в устройстве, материал гибких трубопроводов, а также способы изготовления теплопередающего устройства и его компонентов, являются "ноу-хау" заявителя.In order to provide an elastic connection between the heat source and sink, which is necessary, for example, when exposed to strong vibrational loads, the steam pipe and condensate pipe may include sections made in the form of hollow tubular spirals that dampen these loads. In addition, the presence of such spirals that are easily compressed and stretched allows, within certain limits, to change the length of the heat transfer device, as well as provide some movement of the heat source or sink relative to each other. In order to provide a flexible connection between the heat source and sink, which must substantially and often change their position relative to each other during operation, the steam pipe and the condensate pipe can be made elastic-flexible, made, for example, from a corrugated metal hose or a polymeric material. Such materials are sufficiently flexible and elastic at the same time, i.e. able to restore their shape after repeated exposure to external forces without compromising their strength and tightness. The pore size and material of the wick structures, the size and shape of the channels for the removal of steam, the geometric characteristics of the recesses in the wick structure of the evaporator, the dimensions of the slit gaps of the condenser, the volume of the tank, the amount of coolant in the device, the material of the flexible pipes, as well as methods for manufacturing a heat transfer device and its components, are the know-how of the applicant.

На фиг.1 представлена схема теплопередающего устройства, представляющая вариант исполнения, в котором испаритель и резервуар размещены в одном корпусе, а конденсатор выполнен в виде оребренного участка трубопровода, заключенного между паропроводом и конденсатопроводом;Figure 1 presents a diagram of a heat transfer device representing an embodiment in which the evaporator and the tank are placed in one housing, and the condenser is made in the form of a finned section of the pipeline, concluded between the steam pipe and the condensate pipe;

на фиг.2 представлена схема испарителя с фитильной структурой, имеющей выемку, открытую в сторону резервуара, в котором размещен выходной конец конденсатопровода;figure 2 presents a diagram of an evaporator with a wick structure having a recess open to the side of the tank in which the outlet end of the condensate pipe is located;

на фиг.3 представлена схема испарителя с паровым коллектором, выполненным в виде кольцевой проточки и смещенным в сторону резервуара;figure 3 presents a diagram of an evaporator with a steam manifold made in the form of an annular groove and offset towards the tank;

на фиг.4 показан фрагмент испарителя с пароотводными канавками в виде кольцевых проточек на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла, сообщающихся с пароотводными каналами, выполненными в фитильной структуре испарителя;figure 4 shows a fragment of the evaporator with vapor drainage grooves in the form of annular grooves on the inner surface of the evaporator body in the heat supply zone, communicating with the vapor drainage channels made in the wick structure of the evaporator;

на фиг.5 показан фрагмент испарителя, расположенного в одном корпусе с резервуаром, в котором размещена дополнительная фитильная структура;figure 5 shows a fragment of an evaporator located in one housing with a tank in which an additional wick structure is placed;

на фиг.6 представлен фрагмент испарителя, сообщающегося с резервуаром посредством дополнительного трубопровода;figure 6 presents a fragment of the evaporator, communicating with the tank through an additional pipeline;

на фиг.7 показан внешний вид цилиндрического испарителя с резервуаром, расположенными в одном корпусе, снабженном дополнительным элементом «цилиндр-плоскость», размещенным в зоне подвода тепла;Fig.7 shows the appearance of a cylindrical evaporator with a tank located in one housing, equipped with an additional element "cylinder-plane", located in the heat supply zone;

на фиг.8 представлен внешний вид плоского прямоугольного испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;on Fig presents the appearance of a flat rectangular evaporator with a tank, which are located in one housing;

на фиг.9 представлен внешний вид плоскоовального испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;figure 9 presents the appearance of a flat oval evaporator with a reservoir, which are located in one housing;

на фиг.10 представлен внешний вид дискообразного испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;figure 10 presents the appearance of a disk-shaped evaporator with a reservoir, which are located in one housing;

на фиг.11 представлен внешний вид конденсатора, выполненного в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженного с оребренной пластиной радиатора;figure 11 presents the appearance of the capacitor, made in the form of a hollow tubular coil, paired with a finned radiator plate;

на фиг.12 показана схема конденсатора, состоящего из двух цилиндров, установленных один в другом с кольцевым и двумя торцевыми зазорами;on Fig shows a diagram of a capacitor consisting of two cylinders mounted one in the other with an annular and two end gaps;

на фиг.13 показан фрагмент плоского конденсатора со щелевым поперечным сечением;on Fig shows a fragment of a flat capacitor with a slotted cross-section;

на фиг.14 показана схема теплопередающего устройства с тремя испарителями и одним конденсатором;on Fig shows a diagram of a heat transfer device with three evaporators and one condenser;

на фиг.15 показана схема теплопередающего устройства с одним испарителем и двумя конденсаторами;on Fig shows a diagram of a heat transfer device with one evaporator and two condensers;

на фиг.16 показана схема теплопередающего устройства с паропроводом и конденсатопроводом, имеющими участки, выполненные в виде трубчатых спиралей;on Fig shows a diagram of a heat transfer device with a steam pipe and a condensate pipe having sections made in the form of tubular spirals;

на фиг.17 показана схема теплопередающего устройства с упруго-гибкими паропроводом и конденсатопроводом.on Fig shows a diagram of a heat transfer device with an elastic-flexible steam pipe and condensate pipe.

Теплопередающее устройство выполнено в виде замкнутого герметичного контура (фиг.1), включающего испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные раздельными пустотелыми паропроводом 3, и конденсатопроводом 4. Испаритель 1 (фиг.2) содержит фитильную структуру 5, паровой коллектор 6, к которому подключен паропровод 3 и зону 7 подвода тепла для размещения источника тепловой нагрузки или охлаждаемого объекта (не показаны). Испаритель 1 сопряжен с резервуаром 8, к которому подключен конденсатопровод 4. Конденсатор 2, выполненный в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом 3 и конденсатопроводом 4, может быть снабжен оребрением 9. Из теплопередающего устройства удален воздух, и оно частично заполнено теплоносителем 10. На фиг.1 показано положение теплоносителя 10 в работающем устройстве. Фитильная структура 5 имеет пароотводные каналы 11 (фиг.2), открытые в сторону парового коллектора 6 и расположенные вдоль стенки испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла, и питающий канал 12, открытый в сторону резервуара 8. Выходной конец конденсатопровода 4 размещен в выемке 12 фитильной структуры 5. Паровой коллектор 6 может быть выполнен в виде кольцевой проточки 13 (фиг.3) на боковой поверхности фитильной структуры 5 и смещен к резервуару 8. На внутренней поверхности испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла имеются дополнительные канавки 14 для отвода пара (фиг.4), выполненные в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с пароотводными каналами 11. Резервуар 8 может быть снабжен дополнительной фитильной структурой 15 (фиг.5), которая находится в контакте с фитильной структурой 5 испарителя 1. Испаритель 1 и резервуар (фиг.6) могут быть размещены раздельно и сообщаться посредством дополнительного трубопровода 16. Испаритель 1, имеющий цилиндрическую форму, может быть снабжен дополнительным переходным элементом 17 «цилиндр-плоскость» (фиг.7), размещенным на поверхности испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла, испаритель 1 может иметь плоскую прямоугольную форму (фиг.8). Испаритель 1 может иметь плоскоовальную форму (фиг.9). Испаритель 1 может иметь дискообразную форму (фиг.10). Конденсатор 2 может быть выполнен в виде пустотелого трубчатого змеевика (фиг.11), сопряженного с плоским радиатором 18. Конденсатор 2 может состоять из двух цилиндров 19 и 20 (фиг.12), установленных один в другой с образованием кольцевого зазора 21 и двух торцевых зазоров 22 и 23. Конденсатор 2 снабжен отверстиями 24 и 25 для подключения паропровода 3 и конденсатопровода 4 соответственно. Отверстия 24 и 25 могут быть выполнены в торцевых заглушках внешнего цилиндра 19 или на его боковой поверхности (не показано). Конденсатор 2 может быть выполнен плоским (фиг.13) и иметь щелевидное поперечное сечение 26. Теплопередающее устройство может включать два и более испарителей 1 и два или более конденсаторов 2 (фиг.14 и 15). Паропровод 3 и конденсатопровод 4 могут иметь участки 27, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей (фиг.16). Паропровод 3 и конденсатопровод 4 могут быть выполнены из упруго-гибкого материала (фиг.17).The heat transfer device is made in the form of a closed sealed circuit (Fig. 1), including an evaporator 1 and a condenser 2 connected by a separate hollow steam line 3 and a condensate line 4. The evaporator 1 (Fig. 2) contains a wick structure 5, a steam manifold 6 to which is connected steam line 3 and heat supply zone 7 to accommodate a heat load source or a cooled object (not shown). The evaporator 1 is connected to the tank 8, to which the condensate line 4 is connected. The condenser 2, made in the form of a section of the hollow pipe located between the steam line 3 and the condensate line 4, can be equipped with a fin 9. The air is removed from the heat transfer device and it is partially filled with the heat carrier 10. Figure 1 shows the position of the coolant 10 in a working device. The wick structure 5 has steam outlet channels 11 (FIG. 2) open towards the steam manifold 6 and located along the wall of the evaporator 1 in the heat supply zone 7, and a supply channel 12 open towards the tank 8. The outlet end of the condensate line 4 is located in the recess 12 wick structure 5. The steam manifold 6 can be made in the form of an annular groove 13 (Fig.3) on the side surface of the wick structure 5 and is shifted to the reservoir 8. On the inner surface of the evaporator 1 in the heat supply zone 7 there are additional grooves 14 for the removal of steam ( f ig. 4), made in the form of small annular grooves in communication with the vapor channels 11. The tank 8 can be equipped with an additional wick structure 15 (Fig. 5), which is in contact with the wick structure 5 of the evaporator 1. The evaporator 1 and the tank (Fig. .6) can be placed separately and communicated through an additional pipe 16. The evaporator 1, having a cylindrical shape, can be equipped with an additional transition element 17 "cylinder-plane" (Fig.7), placed on the surface of the evaporator 1 in the heat supply zone 7 la, the evaporator 1 may have a flat rectangular shape (Fig. 8). The evaporator 1 may have a flat oval shape (Fig.9). The evaporator 1 may have a disk-shaped shape (figure 10). The condenser 2 can be made in the form of a hollow tubular coil (Fig. 11), paired with a flat radiator 18. The condenser 2 can consist of two cylinders 19 and 20 (Fig. 12) installed one into the other with the formation of an annular gap 21 and two end the gaps 22 and 23. The capacitor 2 is provided with holes 24 and 25 for connecting the steam pipe 3 and the condensate pipe 4, respectively. Holes 24 and 25 can be made in the end caps of the outer cylinder 19 or on its side surface (not shown). The condenser 2 can be made flat (Fig.13) and have a slit-like cross section 26. The heat transfer device may include two or more evaporators 1 and two or more condensers 2 (Figs. 14 and 15). The steam pipe 3 and the condensate pipe 4 may have sections 27 made in the form of hollow tubular spirals (Fig. 16). The steam line 3 and the condensate line 4 can be made of an elastic-flexible material (Fig.17).

Теплопередающее устройство заполнено таким количеством теплоносителя 10, чтобы его было достаточно для полной пропитки фитильной структуры 5, заполнения конденсатопровода 4 и резервуара 8. При этом объем резервуара 8 примерно равен суммарному объему паропровода 3 и конденсатора 2. Это позволяет обеспечить контакт теплоносителя 10 с фитильной структурой 5 при любой ориентации устройства, как в рабочем, так и в нерабочем состоянии.The heat transfer device is filled with such a quantity of coolant 10 that it is sufficient to completely impregnate the wick structure 5, fill the condensate line 4 and the tank 8. Moreover, the volume of the tank 8 is approximately equal to the total volume of the steam pipe 3 and the condenser 2. This allows contact of the coolant 10 with the wick structure 5 for any orientation of the device, both in working and inoperative state.

Теплопередающее устройство работает следующим образом. Рассматривается наиболее сложная ситуация, когда устройство расположено вертикально, а испаритель 1 находится выше конденсатора 2 (фиг.1). При отсутствии тепловой нагрузки в зоне 7 подвода тепла испарителя 1 теплоноситель 10 располагается в паропроводе 3 и конденсатопроводе 4, как в сообщающихся сосудах на некотором уровне А-А вблизи испарителя 1. Фитильная структура 5 при этом полностью насыщена теплоносителем, а конденсатор полностью затоплен. При подводе тепловой нагрузки к зоне 7 испарителя 1 теплоноситель 10 начинает испаряться из фитильной структуры 5, забирая при этом скрытую теплоту парообразования и охлаждая источник тепловой нагрузки. Давление пара в паровом коллекторе 6 или 13 при этом оказывается выше, чем давление пара в резервуаре 8, поскольку зона подвода тепла 7 смещена в сторону парового коллектора 6, 13 и испарение теплоносителя 10 в паровой коллектор 6, 13 происходит значительно интенсивнее, чем в резервуаре 8. За счет этой разности давлений теплоноситель 10 вытесняется из паропровода 3 и конденсатора 2, целиком заполняя конденсатопровод 4 и резервуар 8. Пар по паропроводу 3 поступает в конденсатор 2, конденсируется здесь и отдает тепло внешнему приемнику, в качестве которого может быть воздух, жидкость или твердый объект. Образовавшаяся жидкость по конденсатопроводу 4 движется в выемку, впитывается в фитильную структуру 5 и поступает в зону подвода тепла 7, замыкая тем самым рабочий цикл устройства. При этом фитильная структура 5 выполняет не только роль «капиллярного насоса», но и «теплового затвора», позволяющего создать перепад температуры и давления пара между своей испаряющей и впитывающей поверхностями.The heat transfer device operates as follows. The most difficult situation is considered when the device is located vertically, and the evaporator 1 is located above the condenser 2 (figure 1). In the absence of heat load in the heat supply zone 7 of the evaporator 1, the coolant 10 is located in the steam line 3 and the condensate line 4, as in communicating vessels at a certain level AA near the evaporator 1. The wick structure 5 is completely saturated with the coolant, and the condenser is completely flooded. When the heat load is applied to zone 7 of the evaporator 1, the heat carrier 10 begins to evaporate from the wick structure 5, while taking away the latent heat of vaporization and cooling the source of heat load. The steam pressure in the steam manifold 6 or 13 is higher than the vapor pressure in the tank 8, since the heat supply zone 7 is shifted towards the steam manifold 6, 13 and the evaporation of the coolant 10 into the steam manifold 6, 13 is much more intense than in the tank 8. Due to this pressure difference, the coolant 10 is displaced from the steam pipe 3 and the condenser 2, completely filling the condensate pipe 4 and the tank 8. The steam through the steam pipe 3 enters the condenser 2, condenses here and gives off heat to the external receiver, which It may be air, liquid, or a solid object. The resulting liquid through the condensate line 4 moves into the recess, is absorbed into the wick structure 5 and enters the heat supply zone 7, thereby closing the operating cycle of the device. At the same time, the wick structure 5 performs not only the role of a “capillary pump”, but also a “thermal shutter”, which makes it possible to create a temperature and vapor pressure difference between its evaporating and absorbing surfaces.

Для организации эффективного теплообмена при испарении теплоносителя в зоне подвода тепла 7 служат каналы 11, выполненные в фитильной структуре 5, и кольцевые канавки 14 на внутренней поверхности испарителя 1. Эти каналы образуют развитую поверхность для испарения теплоносителя и обеспечивают отвод пара от нее в паровой коллектор 6, 13 с минимальными потерями давления. Выемка 12, выполненная в фитильной структуре 5 со стороны резервуара 8, в которой расположен выходной конец конденсатопровода 4, позволяет увеличить площадь впитывающей поверхности и одновременно снизить потери давления при движении теплоносителя 10 через фитильную структуру 5.To organize effective heat transfer during the evaporation of the coolant in the heat supply zone 7, channels 11 are used, made in the wick structure 5, and annular grooves 14 on the inner surface of the evaporator 1. These channels form a developed surface for evaporation of the coolant and provide for the removal of steam from it to the steam collector 6 , 13 with minimal pressure loss. The recess 12, made in the wick structure 5 from the side of the tank 8, in which the outlet end of the condensate line 4 is located, allows to increase the area of the absorbing surface and at the same time reduce pressure losses during the movement of the coolant 10 through the wick structure 5.

Во всех предложенных вариантах конструкции конденсатора 2 конденсация пара происходит непосредственно на его внутренней поверхности. Этим обеспечивается минимальное термическое сопротивление теплообмена при конденсации и, следовательно, снижение термического сопротивления самого теплопередающего устройства. Кроме того, все предложенные варианты конструкции конденсатора 2 имеют достаточно большую теплообменную поверхность при минимальном внутреннем объеме. Данное обстоятельство является весьма существенным, поскольку оно способствует не только дополнительному снижению термического сопротивления конденсатора 2, но и позволяет использовать весьма компактный резервуар, объем которого должен быть достаточным для аккумулирования теплоносителя, вытесняемого из конденсатора 2 и паропровода 3 при работе теплопередающего устройства.In all of the proposed design options for the condenser 2, steam condensation occurs directly on its inner surface. This ensures the minimum thermal resistance of heat transfer during condensation and, consequently, a decrease in thermal resistance of the heat transfer device itself. In addition, all the proposed design options for the capacitor 2 have a sufficiently large heat exchange surface with a minimum internal volume. This circumstance is very significant, since it contributes not only to an additional reduction in the thermal resistance of the condenser 2, but also allows the use of a very compact tank, the volume of which should be sufficient to accumulate the coolant displaced from the condenser 2 and steam pipe 3 during operation of the heat transfer device.

Все варианты теплопередающего устройства, соответствующие пунктам 1-8 формулы изобретения были реализованы в экспериментальной практике лаборатории теплопередающих устройств Института теплофизики УрО РАН. В частности, были разработаны и успешно испытаны:All variants of the heat transfer device corresponding to paragraphs 1-8 of the claims were implemented in experimental practice of the laboratory of heat transfer devices of the Institute of Thermophysics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. In particular, the following were developed and successfully tested:

1. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 250 мм, включающее цилиндрический испаритель диаметром 6 мм, с зоной подвода тепла длиной 20 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1-5, 7, 10, резервуар диаметром 6 мм и длиной 40 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 2, паропровод диаметром 2,5 мм, конденсатопровод диаметром 2 мм и оребренный конденсатор диаметром 5 мм и длиной 65 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 17.1. A heat transfer device having an effective length of 250 mm, comprising a cylindrical evaporator with a diameter of 6 mm, with a heat supply zone of 20 mm long, made in accordance with paragraphs 1-5, 7, 10, a tank with a diameter of 6 mm and a length of 40 mm, made in accordance with paragraphs of formulas 1 and 2, a steam pipe with a diameter of 2.5 mm, a condensate pipe with a diameter of 2 mm and a finned condenser with a diameter of 5 mm and a length of 65 mm, made in accordance with the paragraphs of formula 1 and 17.

Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях теплопередающего устройства с аммиаком в качестве теплоносителя составила 170 Вт при температуре 67,7°С на стенке испарителя в зоне подвода тепла. Термическое сопротивление устройства при этом было равно 0,12°С/Вт. Минимальное значение термического сопротивления, равное 0,08°С/Вт, было получено при тепловой нагрузке 100 Вт и температуре испарителя 60°С. Изменения величины максимальной мощности при всех изменениях положения устройства в пространстве находились в пределах 10%. При номинальной мощности устройство практически «не чувствовало» изменения своей ориентации.The maximum value of the heat load achieved when testing a heat transfer device with ammonia as a heat carrier was 170 W at a temperature of 67.7 ° C on the wall of the evaporator in the heat supply zone. The thermal resistance of the device was equal to 0.12 ° C / W. The minimum value of thermal resistance equal to 0.08 ° C / W was obtained at a thermal load of 100 W and an evaporator temperature of 60 ° C. Changes in the maximum power for all changes in the position of the device in space were within 10%. At rated power, the device practically “did not feel” a change in its orientation.

2. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 250 мм, включающее плоскоовальный испаритель толщиной 3,3 мм с зоной подвода тепла длиной 20 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1-5, 7, 12, резервуар, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 2, паропровод и конденсатопровод диаметром 3 мм, оребренный конденсатор диаметром 3 мм и длиной 65 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 15.2. A heat transfer device having an effective length of 250 mm, comprising a 3.3 mm thick flat-oval evaporator with a heat supply zone of 20 mm long, made in accordance with claims 1-5, 7, 12, a tank made in accordance with claims 1 and 2, a steam pipe and a condensate pipe with a diameter of 3 mm, a finned condenser with a diameter of 3 mm and a length of 65 mm, made in accordance with the claims 1 and 15.

Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях устройства с водой в качестве теплоносителя, составила 160 Вт при температуре на стенке испарителя 98°С. Термическое сопротивление при этом было равно 0,09°С/Вт. Изменение ориентации устройства не оказывало заметного влияния на его рабочие характеристики.The maximum value of the heat load achieved when testing the device with water as a heat carrier was 160 W at a temperature on the wall of the evaporator of 98 ° C. The thermal resistance was 0.09 ° C / W. Changing the orientation of the device did not have a noticeable effect on its performance.

3. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 1000 мм, включающее дискообразный испаритель с плоской зоной для подвода тепла диаметром 30 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1, 2, 4, 5, 8, 13, резервуар, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1, 2, 9, конденсатор длиной 800 мм и диаметром 2 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 16, соединенные паропроводом и конденсатопроводом диаметром 2 мм, выполненными в соответствии с пунктами формулы 1 и 20.3. A heat transfer device having an effective length of 1000 mm, comprising a disk-shaped evaporator with a flat zone for supplying heat with a diameter of 30 mm, made in accordance with the claims 1, 2, 4, 5, 8, 13, a tank made in accordance with the claims 1, 2, 9, a condenser 800 mm long and 2 mm in diameter, made in accordance with paragraphs 1 and 16, connected by a steam pipe and a 2 mm diameter condensate pipe, made in accordance with paragraphs 1 and 20.

Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях устройства с аммиаком в качестве теплоносителя, составила 160 Вт при горизонтальной ориентации и 120 Вт при вертикальной, когда испаритель находился выше конденсатора. Температура испарителя при этом составила 85°С, а термическое сопротивление устройства - 0,25°С/Вт.The maximum value of the thermal load achieved when testing the device with ammonia as a heat carrier was 160 W for horizontal orientation and 120 W for vertical when the evaporator was above the condenser. The temperature of the evaporator was 85 ° C, and the thermal resistance of the device was 0.25 ° C / W.

4. Некоторые из теплопередающих устройств, изготовленные в соответствии с формулой изобретения, в настоящее время проходят испытания в составе реальных систем охлаждения центральных процессоров Pentium 4 и Athlon XP 2500 + в мобильном и настольном персональных компьютерах.4. Some of the heat transfer devices manufactured in accordance with the claims are currently being tested as part of real cooling systems for Pentium 4 and Athlon XP 2500 + central processors in mobile and desktop personal computers.

Claims (8)

1. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов, выполненное в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, включающее испаритель с фитильной структурой внутри, содержащей пароотводные каналы в зоне подвода тепла, выемку и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом, причем устройство дополнительно снабжено резервуаром, сопряженным с испарителем, и сообщающимся с конденсатопроводом, испаритель оснащен паровым коллектором, сообщающимся с паропроводом, а конденсатор выполнен пустотелым, отличающееся тем, что выходной конец конденсатопровода размещен в выемке фитильной структуры испарителя, который может иметь цилиндрическую, плоскопрямоугольную, плоскоовальную или дискообразную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, включенного между паропроводом и конденсатопроводом или в виде пустотелого змеевика, может быть выполнен плоским и иметь щелевидное поперечное сечение или состоять из двух цилиндров, установленных один в другом с образованием кольцевого зазора.1. A heat transfer device for cooling electronic devices, made in the form of a closed sealed circuit, partially filled with coolant, including an evaporator with a wick structure inside, containing steam channels in the heat supply zone, a recess and a condenser connected by separate hollow condensate conduit and steam conduit, and the device is additionally equipped a tank connected to the evaporator and communicating with the condensate line, the evaporator is equipped with a steam collector communicating with the vapor a gadfly, and the condenser is hollow, characterized in that the outlet end of the condensate conduit is placed in the recess of the wick structure of the evaporator, which may have a cylindrical, plane-rectangular, oval or disk-like shape, and the condenser may be made in the form of a section of a hollow conduit connected between the steam conduit and the condensate conduit or in the form of a hollow coil, can be made flat and have a slit-like cross section or consist of two cylinders mounted one in the other with calling the annular gap. 2. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что паровой коллектор испарителя выполнен в виде кольцевой проточки на боковой поверхности фитильной структуры и смещен в сторону резервуара.2. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the vapor collector of the evaporator is made in the form of an annular groove on the side surface of the wick structure and is shifted towards the tank. 3. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла имеются дополнительные пароотводные канавки, выполненные в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с пароотводными каналами фитильной структуры.3. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the evaporator body in the heat supply zone there are additional vapor drainage grooves made in the form of small annular grooves in communication with the vapor discharge channels of the wick structure. 4. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в резервуаре размещена дополнительная фитильная структура, размер пор которой больше, чем размер пор фитильной структуры испарителя.4. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the tank has an additional wick structure, the pore size of which is larger than the pore size of the wick structure of the evaporator. 5. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что испаритель и резервуар размещены раздельно и сопряжены посредством дополнительного трубопровода.5. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the evaporator and the tank are placed separately and are interfaced by means of an additional pipeline. 6. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно имеет один или более испарителей и конденсаторов.6. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that it further has one or more evaporators and condensers. 7. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что паропровод и конденсатопровод имеют участки, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей.7. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the steam pipe and condensate pipe have sections made in the form of hollow tubular spirals. 8. Теплопередающее устройство по п.1, отличающееся тем, что паропровод и конденсатопровод выполнены из гибкого материала с упругими свойствами.8. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the steam pipe and the condensate pipe are made of flexible material with elastic properties.
RU2005106446/06A 2005-03-09 2005-03-09 Device for cooling electronic instruments RU2296929C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106446/06A RU2296929C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for cooling electronic instruments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106446/06A RU2296929C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for cooling electronic instruments

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005106446A RU2005106446A (en) 2006-08-20
RU2296929C2 true RU2296929C2 (en) 2007-04-10

Family

ID=37060186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005106446/06A RU2296929C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for cooling electronic instruments

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2296929C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500014C1 (en) * 2012-08-24 2013-11-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Passive cooling system for electronic components of printed-circuit boards
RU2602947C1 (en) * 2012-10-23 2016-11-20 Китурами Бойлер Ко., Лтд. Condensation heat exchanger with false tubes
RU2639635C1 (en) * 2017-03-29 2017-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Теркон-КТТ" (ООО "Теркон-КТТ") Heat-transfer device for cooling electronic components
RU175949U1 (en) * 2017-03-30 2017-12-25 Общество с ограниченной ответственностью "Теркон-КТТ" (ООО "Теркон-КТТ") HEAT TRANSFER DEVICE FOR COOLING ELECTRONIC COMPONENTS
RU2761712C2 (en) * 2021-04-06 2021-12-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" Heat transfer device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500014C1 (en) * 2012-08-24 2013-11-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Passive cooling system for electronic components of printed-circuit boards
RU2602947C1 (en) * 2012-10-23 2016-11-20 Китурами Бойлер Ко., Лтд. Condensation heat exchanger with false tubes
RU2639635C1 (en) * 2017-03-29 2017-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Теркон-КТТ" (ООО "Теркон-КТТ") Heat-transfer device for cooling electronic components
WO2018182452A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "Теркон-КТТ" Heat-transfer device for cooling electronic components
RU175949U1 (en) * 2017-03-30 2017-12-25 Общество с ограниченной ответственностью "Теркон-КТТ" (ООО "Теркон-КТТ") HEAT TRANSFER DEVICE FOR COOLING ELECTRONIC COMPONENTS
RU2761712C2 (en) * 2021-04-06 2021-12-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" Heat transfer device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005106446A (en) 2006-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100561106C (en) Heat pipe
CN100561105C (en) Heat pipe
US20100155019A1 (en) Evaporator and loop heat pipe employing it
US7980295B2 (en) Evaporator and circulation type cooling equipment using the evaporator
JP2859927B2 (en) Cooling device and temperature control device
US20070240852A1 (en) Heat pipe with heat reservoirs at both evaporating and condensing sections thereof
US9389022B2 (en) Heat exchanger for cooling an electronic component
EP2154461A1 (en) Uniform temperature loop heat pipe device
RU2296929C2 (en) Device for cooling electronic instruments
KR20070112370A (en) A multi-orientational cooling system with a bubble pump
US20150060020A1 (en) Thermal module
JP2017531154A (en) Planar heat pipe with storage function
CN1703142A (en) Highly effective flat-type loop heat-pipe apparatus
US20110232874A1 (en) Heat dissipation apparatus with heat pipe
WO2015167827A1 (en) Slug pump heat pipe
US20130167530A1 (en) Heat take-out device
JP6433848B2 (en) Heat exchangers, vaporizers, and electronics
KR102266037B1 (en) Passive two-phase cooling circuit
KR20090026232A (en) Manufacturing heatpipe that internal working fluid has circuit
CN113133283B (en) Heat dissipation device and manufacturing method thereof
US20060054308A1 (en) Multiple fluid heat pipe
Vasiliev et al. Heat pipes in fuel cell technology
US11953272B2 (en) Cycling heat dissipation module
KR200448243Y1 (en) Heat-dissipating device
Maydanik Loop heat pipes-theory, experimental developments and application

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130114

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130621

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20130114

Effective date: 20150331

PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210902

Effective date: 20210902