RU2539167C1 - Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe - Google Patents
Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539167C1 RU2539167C1 RU2013116762/06A RU2013116762A RU2539167C1 RU 2539167 C1 RU2539167 C1 RU 2539167C1 RU 2013116762/06 A RU2013116762/06 A RU 2013116762/06A RU 2013116762 A RU2013116762 A RU 2013116762A RU 2539167 C1 RU2539167 C1 RU 2539167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat transfer
- coolant
- temperature
- gravity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах аккумулирования теплоты и холода.The invention relates to the field of energy and can be used in heat storage systems and cold.
Известные конструкции обычных гравитационных тепловых труб или термосифонов представляют собой устройства, в которых подвод (в приемнике) и последующее отведение теплоты (в передатчике) осуществляется, соответственно, в их нижних и верхних частях. Таким образом, ориентация теплопередающей трубы в пространстве строго определена и формирует граничные условия эксплуатации.Known constructions of conventional gravitational heat pipes or thermosiphons are devices in which the supply (in the receiver) and the subsequent heat removal (in the transmitter) are carried out, respectively, in their lower and upper parts. Thus, the orientation of the heat transfer pipe in space is strictly defined and forms the boundary operating conditions.
Для случаев, при которых подвод теплоты следует осуществлять в верхней точке, разработаны теплопередающие трубы с противоположным расположением приемника и передатчика [Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. Москва, «Энергия», 1979, с.168]. К ним относятся антигравитационный термосифон и обратные фитильные трубы, обладающие, между тем, рядом недостатков.For cases in which heat should be supplied at the upper point, heat transfer pipes with the opposite location of the receiver and transmitter have been developed [Dan PD, Rey D.A. Heat pipes. Moscow, "Energy", 1979, p.168]. These include anti-gravity thermosiphon and reverse wick pipes, which, meanwhile, have a number of disadvantages.
Основным недостатком существующих антигравитационных термосифонов является их сложная конструкция, которая для возврата конденсата в испаритель должна содержать «паровой подъемный насос», либо электродвигатель в нижней части. Кроме того, обратные фитильные тепловые трубы, основанные на капиллярном эффекте, имеют предельное расстояние передачи теплоты в пределах 1 м.The main disadvantage of existing anti-gravity siphons is their complex design, which must contain a “steam lift pump” or an electric motor in the lower part to return condensate to the evaporator. In addition, reverse wick heat pipes based on the capillary effect have a limiting distance of heat transfer within 1 m.
Известен способ работы тепловой трубы, по существу, теплопередачи путем частичного испарения теплоносителя в зоне испарения, отделения пара от жидкости, транспортированния паров под действием перепада давлений в зону конденсации, конденсации паров, смешения конденсата с отделенной жидкостью, транспортирования теплоносителя вниз под действием сил тяжести и вязкостных сил в зону испарения и частичного охлаждения его при транспортировании, в котором для повышения термодинамической эффективности при передаче тепла сверху вниз, в качестве, теплоносителя используют смесь жидкостей, выделяющих тепло при смешении, причем перед смешением конденсата и отделенной жидкости их транспортируют вниз раздельно, а конденсацию осуществляют при начальной температуре, соответствующей значению, вычисленному с использованием математического выражения (SU 1064113, 1983).A known method of operation of a heat pipe, essentially heat transfer by partially evaporating the heat carrier in the evaporation zone, separating the vapor from the liquid, transporting the vapors under the influence of the pressure drop into the condensation zone, vapor condensation, mixing the condensate with the separated liquid, transporting the heat carrier down under the action of gravity and viscous forces in the evaporation zone and its partial cooling during transportation, in which to increase the thermodynamic efficiency when transferring heat from top to bottom, as e, a mixture of liquid coolant emitting heat when mixed, and they are transported down separately and condensation before mixing the condensate and the separated liquid is carried out at an initial temperature corresponding to the value calculated using mathematical expression (SU 1064113, 1983).
Недостатком известного способа является его сложность в осуществлении и низкая энергоэффективность.The disadvantage of this method is its complexity in implementation and low energy efficiency.
Известно в технике использование разницы в температуре воды на поверхности и в глубине. Используют тепловое расширение рабочего тела для перемещения объекта находящегося в верхней точке траектории до тех пор, пока рабочее тело не нагреется до температуры окружающей среды и давление насыщенных паров не повысится до соответствующего уровня. При достижении нижней точки траектории объект находится в состоянии нейтральной плавучести до охлаждения рабочего тела до температуры окружающей среды, конденсации паров и уменьшения давления насыщенных паров. Здесь используется градиент температуры окружающей среды для перемещения объекта по глубине (RU 2124457, 1999).It is known in the art to use the difference in surface water temperature and depth. The thermal expansion of the working fluid is used to move the object located at the top of the trajectory until the working fluid is heated to ambient temperature and the saturated vapor pressure rises to the appropriate level. Upon reaching the bottom point of the trajectory, the object is in a state of neutral buoyancy until the working fluid cools to ambient temperature, vapor condensation, and a decrease in saturated vapor pressure. Here, an ambient temperature gradient is used to move the object in depth (RU 2124457, 1999).
Это известное техническое решение не предназначено для передачи теплоты с поверхности воды (из вышерасположенной области) на глубину (в нижерасположенную область), а сводится к использованию разницы температур между верхней (на поверхности воды) и нижней (в глубине) областями для перемещения объекта по вертикали в водоеме. Здесь объем теплоносителя неограничен.This well-known technical solution is not intended to transfer heat from the surface of the water (from the upstream area) to a depth (to the downstream area), but is reduced to using the temperature difference between the upper (on the water surface) and the lower (in depth) areas to move the object vertically in the pond. Here the volume of coolant is unlimited.
Предлагается группа технических решений, которая объединена единым изобретательским замыслом и представляет собой способ теплопередачи и реализующую его антигравитационную бесфитильную трубу.A group of technical solutions is proposed, which is united by a single inventive concept and is a heat transfer method and an anti-gravity filterless tube implementing it.
Техническим результатом предложенной группы технических решений является повышение энергоэффективности.The technical result of the proposed group of technical solutions is to increase energy efficiency.
Технический результат достигается тем, что способ теплопередачи включает размещение в первом теплоносителе второго теплоносителя и теплообмен между ними, при этом используют второй теплоноситель, способный к перемещению в первом теплоносителе за счет уменьшения его объема при повышении температуры для переноса аккумулированной тепловой энергии, причем аккумулируют тепловую энергию в вышерасположенной области первого теплоносителя с более высокой температурой, а переносят аккумулированную тепловую энергию в нижерасположенную область первого теплоносителя с более низкой температурой.The technical result is achieved by the fact that the heat transfer method involves placing a second heat carrier in the first heat carrier and exchanging heat between them, using a second heat carrier capable of moving in the first heat carrier by reducing its volume with increasing temperature to transfer accumulated heat energy, whereby heat energy is accumulated in the upstream region of the first coolant with a higher temperature, and the accumulated thermal energy is transferred to the downstream region st first coolant with a lower temperature.
Способствует достижению технического результата то, что используют второй теплоноситель, способный к перемещению в первом теплоносителе из нижерасположенной области первого теплоносителя с более низкой температурой в вышерасположенную область первого теплоносителя с более высокой температурой за счет увеличения объема второго теплоносителя при понижении температуры, а также то, что используют второй теплоноситель, охваченный разделяющей их, по крайней мере, единичной поверхностью, и для теплообмена используют второй теплоноситель и упомянутую, по крайней мере, единичную поверхность.It contributes to the achievement of the technical result by using a second coolant capable of moving in the first coolant from the lower region of the first coolant with a lower temperature to the upstream region of the first coolant with a higher temperature due to an increase in the volume of the second coolant with decreasing temperature, and also that a second heat carrier is used, covered by at least a single surface separating them, and a second heat carrier is used for heat transfer and said at least unit surface.
Технический результат в отношении объекта изобретения - устройства - достигается тем, что антигравитационная тепловая труба включает зону приема теплоты теплоносителем, расположенную в верхней части трубы, зону отвода теплоты теплоносителем, расположенную в нижней части трубы, и средство переноса теплоты из зоны приема теплоты теплоносителем в зону отвода теплоты теплоносителем, выполненное с возможностью уменьшения своего объема от максимального значения, обусловленного необходимостью его плавучести в зоне приема теплоты теплоносителем, до минимального значения - по условиям его устойчивого перемещения в зону отвода теплоты теплоносителем, обусловленного смещением равновесия между силами его плавучести и силами тяжести в сторону последних вследствие повышения температуры.The technical result in relation to the object of the invention — the device — is achieved in that the anti-gravity heat pipe includes a heat receiving zone with a heat carrier located in the upper part of the pipe, a heat removal zone with a heat carrier located in the lower part of the pipe, and means for transferring heat from the heat receiving zone with the heat carrier to the zone heat removal by heat carrier, made with the possibility of reducing its volume from the maximum value, due to the need for its buoyancy in the heat transfer heat receiving zone by the body, to the minimum value - according to the conditions of its stable movement into the heat removal zone by the coolant, due to a shift in the equilibrium between its buoyancy forces and gravity towards the latter due to temperature increase.
В частном случае средство переноса теплоты выполнено с возможностью возвращения в зону приема теплоты теплоносителем при восстановлении равновесия между силами его плавучести и силами тяжести вследствие снижения температуры и может быть выполнено в виде, по крайней мере, одной капсулы - газовой емкости.In a particular case, the means of heat transfer is made with the possibility of returning to the heat receiving zone with the coolant when the balance between the forces of its buoyancy and the forces of gravity is restored due to a decrease in temperature and can be made in the form of at least one capsule - a gas tank.
Газовая емкость может быть выполнена из материала, обладающего за счет эффекта Гуха-Джоуля свойством сжатия при повышении температуры, приводящего к уменьшению объема газовой емкости.The gas container can be made of a material having, due to the Guh-Joule effect, the property of compression with increasing temperature, leading to a decrease in the volume of the gas container.
В другом варианте газовая емкость выполнена из эластичного материала и охвачена полимерной сеткой, обладающей за счет эффекта Гуха-Джоуля свойством сжатия при повышении температуры.In another embodiment, the gas container is made of an elastic material and is surrounded by a polymer network, which, due to the Guh-Joule effect, has the property of compression with increasing temperature.
Еще в одном варианте газовая емкость выполнена из эластичного материала и полуохвачена снаружи средством, способным ее сжимать при повышении температуры для уменьшения объема газовой емкости.In yet another embodiment, the gas container is made of an elastic material and is semi-covered on the outside with a means capable of compressing it with increasing temperature to reduce the volume of the gas container.
В свою очередь средство, способное сжимать при повышении температуры газовую емкость, выполненную из эластичного материала, представляет собой подковообразный биметаллический элемент или кинематический механизм, связанный с приводом в виде сильфона, заполненного легкокипящей жидкостью.In turn, a means capable of compressing a gas container made of an elastic material with increasing temperature is a horseshoe-shaped bimetallic element or a kinematic mechanism associated with a drive in the form of a bellows filled with low-boiling liquid.
Предложение поясняется графическими изображениями, на которых: на фиг.1-3 показаны варианты выполнения газовых емкостей антигравитационной тепловой трубы при нахождении в верхнем положении в вышерасположенной области первого теплоносителя в зоне аккумулирования (приема) теплоты теплоносителем; на фиг.4-6-то же при нахождении в нижнем положении в нижерасположенной области первого теплоносителя с более низкой температурой в зоне отдачи (отвода) теплоты теплоносителем.The proposal is illustrated by graphic images on which: Figs. 1-3 show embodiments of gas tanks of an anti-gravity heat pipe when in the upper position in the upstream region of the first heat carrier in the heat storage (receiving) zone of the heat carrier; figure 4-6 is the same when located in the lower position in the lower region of the first coolant with a lower temperature in the zone of return (removal) of heat by the coolant.
Антигравитационная тепловая труба заполнена теплоносителем и содержит собственно саму трубу (не показана) с зоной приема теплоты теплоносителем, расположенной в верхней ее части, зоной отвода теплоты теплоносителем, расположенной в нижней ее части, и средство переноса теплоты из зоны приема теплоты теплоносителем в зону отвода теплоты теплоносителем. Средством переноса теплоты являются газовые емкости (капсулы), которые выполнены с возможностью уменьшения своего объема вследствие повышения температуры и восстановления первоначальной формы при снижении температуры.An anti-gravity heat pipe is filled with a heat carrier and contains the pipe itself (not shown) with a heat transfer zone with a heat carrier located in its upper part, a heat removal zone with a heat carrier located in its lower part, and a means of transferring heat from the heat reception zone to the heat transfer zone coolant. The means of heat transfer are gas tanks (capsules), which are made with the possibility of reducing its volume due to an increase in temperature and restoration of its original shape with decreasing temperature.
По своей конструкции капсулы могут быть нескольких видов (вариантов). Технологически наиболее простыми по конструкции могут быть воздушные шарики 1, в том числе обтянутые полимерными сетками 2, обладающими за счет эффекта Гуха-Джоуля [Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров. Москва, «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1999, с.105] свойством сжиматься при повышении температуры (фиг.1, 4).By their design, capsules can be of several types (options). The most technologically simplest in design can be
Другим вариантом конструктивного выполнения капсулы может быть воздушный шар или цилиндр 1, образованный эластичной оболочкой с элементами 3 жесткости, полуохваченный снаружи средством, способным сжимать при повышении температуры для уменьшения объема газовой емкости, например биметаллической пластиной 4, сжимающей шар при увеличении температуры (фиг.2, 5). В этой конструкции биметаллическая пластина (подковообразный биметаллический элемент) 4 взаимодействует (контактирует или имеет связь) с элементами 3 жесткости.Another embodiment of the capsule may be a balloon or
В третьем варианте биметаллическая пластина может быть заменена на кинематический механизм 6, связанный с приводом в виде сильфона 5, заполненного легкокипящей жидкостью (фиг.3, 6). Кинематический механизм 6 имеет шарниры и так устроен, что одни его шарнирные звенья взаимодействуют с элементами 3 жесткости эластичной оболочки воздушного шара 1, а другие с подвижными стенками сильфона 5. Изменение объема капсул, выполненных по третьему варианту, достигается в результате включения в работу привода (сильфона 5).In the third embodiment, the bimetallic plate can be replaced by a
Способ теплопередачи осуществляют следующим образом. Размещают в первом теплоносителе в виде жидкости (например, воде), второй теплоноситель, охваченный разделяющей их поверхностью (эластичной оболочкой) и являющийся средством переноса теплоты в виде газовых емкостей (капсул), т.е. создают в трубе двухкомпонентную среду. Единичную поверхность, охватывающую второй теплоноситель (газ), формирует эластичная оболочка воздушного шара 1. Второй теплоноситель способен к перемещению в первом теплоносителе совместно с охватывающей его разделяющей поверхностью (эластичной оболочкой) в результате расходования им части тепловой энергии, полученной из первого теплоносителя.The heat transfer method is as follows. They are placed in the first heat carrier in the form of a liquid (for example, water), the second heat carrier covered by the surface separating them (elastic shell) and which is a means of heat transfer in the form of gas tanks (capsules), i.e. create a two-component medium in the pipe. The single surface covering the second coolant (gas) is formed by the elastic shell of the
Начальный объем капсул определяют исходя из обеспечения их плавучести на поверхности жидкости (первое крайнее положение), минимальный объем - по условиям устойчивого движения до нижней точки трубы (второе крайнее положение).The initial volume of the capsules is determined on the basis of ensuring their buoyancy on the surface of the liquid (first extreme position), the minimum volume - according to the conditions of steady movement to the bottom of the pipe (second extreme position).
Движение капсул от первого крайнего положения до второго крайнего положения связано с уменьшением их объема от максимального значения, обусловленного необходимостью плавучести в зоне приема теплоты теплоносителем, до минимального значения - по условиям устойчивого перемещения в зону отвода теплоты теплоносителем, обусловленного смещением равновесия между силами плавучести и силами тяжести в сторону последних. Вследствие этого движения осуществляется перенос оставшейся части тепловой энергии, полученной из вышерасположенной области первого теплоносителя с более высокой температурой, в нижерасположенную область первого теплоносителя с более низкой температурой. Таким образом, происходит передача теплоты из верхней части трубы в ее нижнюю часть и осуществляется теплообмен.The movement of the capsules from the first extreme position to the second extreme position is associated with a decrease in their volume from the maximum value due to the need for buoyancy in the heat transfer zone of the coolant to the minimum value - according to the conditions of stable movement into the heat removal zone of the coolant due to a shift in the equilibrium between the buoyancy forces and the forces gravity towards the latter. Due to this movement, the remaining part of the thermal energy obtained from the upstream region of the first heat carrier with a higher temperature is transferred to the downstream region of the first heat carrier with a lower temperature. Thus, heat is transferred from the upper part of the pipe to its lower part and heat is exchanged.
За счет теплообмена между жидкостью и капсулами температура последних снижается, что приводит к увеличению их объема и, соответственно, восстановлению равновесия между силами плавучести и тяжести - всплытию капсул, т.е. второй теплоноситель из нижерасположенной области первого теплоносителя с более низкой температурой перемещается в вышерасположенную область первого теплоносителя с более высокой температурой после полного израсходования им оставшейся части тепловой энергии.Due to heat transfer between the liquid and the capsules, the temperature of the latter decreases, which leads to an increase in their volume and, accordingly, the restoration of the balance between the forces of buoyancy and gravity - the emergence of capsules, i.e. the second coolant from the downstream region of the first coolant with a lower temperature moves to the upstream region of the first coolant with a higher temperature after it has completely consumed the remaining part of the thermal energy.
Наличие большого числа капсул способствует устойчивому процессу теплообмена вдоль вертикально расположенной теплопередающей (антигравитационной тепловой) трубы.The presence of a large number of capsules contributes to a stable heat transfer process along a vertically located heat transfer (anti-gravity heat) pipe.
Стабильно работающие антигравитационные тепловые трубы большой длины позволят существенно развить системы аккумулирования теплоты и холода, способствующие повышению энергоэффективности зданий и различного рода сооружений, особенно агропромышленного комплекса.Stable anti-gravity heat pipes of great length will significantly develop heat and cold storage systems that contribute to the energy efficiency of buildings and various structures, especially the agro-industrial complex.
Переменные режимы работы установок с возобновляемыми источниками теплоты, обусловленные самой природой поступления энергии, могут быть существенно сглажены за счет использования предлагаемого способа и реализующих его тепловых труб указанной конструкцииVariable modes of operation of installations with renewable heat sources, due to the very nature of the energy input, can be significantly smoothed out by using the proposed method and heat pipes implementing this design
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116762/06A RU2539167C1 (en) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116762/06A RU2539167C1 (en) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2539167C1 true RU2539167C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013116762/06A RU2539167C1 (en) | 2013-04-15 | 2013-04-15 | Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539167C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115574641A (en) * | 2022-10-14 | 2023-01-06 | 东莞市同裕电子有限公司 | Liquid metal composite oscillating tube type radiator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1064113A1 (en) * | 1981-04-07 | 1983-12-30 | Latyshev Vladimir P | Heat pipe operation process |
RU2124457C1 (en) * | 1998-01-06 | 1999-01-10 | Комаров Валерий Сергеевич | Method and device for motion of submersible vehicle in depth through use of temperature gradient of sea water (versions) |
RU2187049C1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-08-10 | Военный инженерно-технический университет | Phase transition heat accumulator |
RU2381432C1 (en) * | 2008-07-07 | 2010-02-10 | Викторий Данилович Девяткин | Heat exchange method in gas and liquid media |
-
2013
- 2013-04-15 RU RU2013116762/06A patent/RU2539167C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1064113A1 (en) * | 1981-04-07 | 1983-12-30 | Latyshev Vladimir P | Heat pipe operation process |
RU2124457C1 (en) * | 1998-01-06 | 1999-01-10 | Комаров Валерий Сергеевич | Method and device for motion of submersible vehicle in depth through use of temperature gradient of sea water (versions) |
RU2187049C1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-08-10 | Военный инженерно-технический университет | Phase transition heat accumulator |
RU2381432C1 (en) * | 2008-07-07 | 2010-02-10 | Викторий Данилович Девяткин | Heat exchange method in gas and liquid media |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115574641A (en) * | 2022-10-14 | 2023-01-06 | 东莞市同裕电子有限公司 | Liquid metal composite oscillating tube type radiator |
CN115574641B (en) * | 2022-10-14 | 2023-08-08 | 东莞市同裕电子有限公司 | Liquid metal composite oscillating tube type radiator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Effects of the number of turns and the inclination angle on the operating limit of micro pulsating heat pipes | |
JP5067692B2 (en) | Siphon circulation heat pipe | |
JP6351632B2 (en) | Heat transport device using two-phase fluid | |
US9746248B2 (en) | Heat pipe having a wick with a hybrid profile | |
Dobriansky | Concepts of self-acting circulation loops for downward heat transfer (reverse thermosiphons) | |
RU2006124550A (en) | COOLING SYSTEM WITH BUBBLE PUMP | |
Kim et al. | A study on thermal performance of parallel connected pulsating heat pipe | |
CN104245110B (en) | Boil-off gas generation device and boil-off gas manufacture method and hydrogen bromide manufacturing installation and hydrogen bromide manufacture method | |
US20040057707A1 (en) | Heater | |
JP4771964B2 (en) | Loop type heat pipe | |
CN104833248A (en) | Lunar vehicle radiation radiator | |
RU2539167C1 (en) | Heat transfer method and anti-gravitational wickless heat pipe | |
JP6309702B2 (en) | Thermal storage tank and solar power generation system using thermal storage tank | |
RU2675977C1 (en) | Method of transmitting heat and heat transferring device for its implementation | |
US20210372711A1 (en) | Pressure capillary pump | |
US9644898B2 (en) | Systems and methods for heat balance and transport for aircraft hydraulic systems | |
JP2017120169A (en) | Heat exchange system | |
KR20190081999A (en) | Loop Type Heat Pipe | |
JP3303644B2 (en) | Loop heat transport system | |
RU2386226C1 (en) | Device for heat removal from heat-generating systems (versions) | |
CA1264443A (en) | System for separating oil-water emulsion | |
GB2537145A (en) | Double wicking solar heater | |
Hay et al. | Water-titanium heat pipes for spacecraft fission power | |
Ogushi et al. | Heat transport characteristics of flexible looped heat pipe under micro‐gravity condition | |
KR200448243Y1 (en) | Heat-dissipating device |