RU2660980C2 - Тепловая труба и способ ее работы - Google Patents
Тепловая труба и способ ее работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660980C2 RU2660980C2 RU2016112286A RU2016112286A RU2660980C2 RU 2660980 C2 RU2660980 C2 RU 2660980C2 RU 2016112286 A RU2016112286 A RU 2016112286A RU 2016112286 A RU2016112286 A RU 2016112286A RU 2660980 C2 RU2660980 C2 RU 2660980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- condensate
- evaporation zone
- pipe
- zone
- evaporation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 15
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air Humidification (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено для тепловых труб криогенных и средних температур и может быть использовано при разработке разнообразных систем охлаждения, в том числе при разработке систем охлаждения космических аппаратов, работающих в условиях пониженной гравитации и невесомости. Особенность предлагаемого способа работы тепловой трубы проявляется в том, что возврат конденсата в зону испарения осуществляется путем капельного перемещения конденсата в конденсатопроводе 4, снабженном насечкой пилообразной формы, обращенной наклонной частью насечки в сторону испарителя, при разогреве теплоизолированного конденсатопровода 4 до температуры, превышающей температуру Лейденфроста на 50-200°. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области испарительно-конденсационных устройств и может быть использовано в области криогенных и средних температур, и может быть использовано при разработке разнообразных систем охлаждения, в том числе при разработке систем охлаждения космических аппаратов, работающих в условиях невесомости.
Известно бесконечное количество патентов [1-2] j, описывающих тепловые трубы и термосифоны, содержащие корпус 1 с зонами испарения 2 и конденсации 3, конденсатопроводом 4, связывающим зону испарения 2 с зоной конденсации 3 и паропроводом 5.
Чаще всего для возврата конденсата в зону испарения используются капиллярные структуры - процесс очень медленный, ограничивающий передачу тепла. Использование электрических, магнитных, ультразвуковых, центробежных сил усиливают эффективность возврата конденсата в область испарения, но делают область их применения достаточно узкими. Так, электрогидродинамические тепловые трубы, использующие электрические поля, находят свое применение для охлаждения высоковольтного оборудования, магнитные поля - для охлаждения преимущественно электродвигателей и других устройств, использующих магнитные поля и т.д.
Задачей изобретения является использование теплового явления - Эффекта Лейденфроста для возврата конденсата в зону испарения.
Поставленная задача достигается тем, что в тепловой трубе, содержащей корпус с зонами испарения и конденсации, конденсатопровод, связывающий зону испарения с зоной конденсации, и паропровод, конденсатопровод расположен с внешней стороны корпуса, внутренняя поверхность конденсатопровода снабжена насечкой пилообразной формы, наклонная часть насечки обращена в сторону зоны испарения, конденсатопровод снабжен с противоположных сторон теплоизоляционными втулками, сам конденсатопровод снабжен высокотемпературным нагревателем, между зоной конденсации и конденсатопроводом установлен капельный дозатор, а насечка состыкована с капиллярной структурой в зоне испарения.
При этом конденсатопровод может быть расположен соосно или под углом к оси корпуса и, частично, в зоне испарения, внедрен внутрь корпуса.
На торце корпуса, в зоне испарения, может быть установлена трубка из капиллярного материала, состыкованная с капиллярной структурой в зоне испарения, причем конец конденсатопровода в зоне испарения расположен выше капиллярной трубки.
Способ работы тепловой трубы путем возврата конденсата в зону испарения осуществляется посредством возврата конденсата в зону испарения путем капельного перемещения конденсата в конденсатопроводе, снабженном насечкой пилообразной формы с наклонной плоскостью, направленной в сторону испарителя при разогреве теплоизолированного конденсатопровода до температуры, превышающей температуру Лейденфроста на 50-200°.
На фиг. 1 изображена основная часть корпуса 1 тепловой трубы, точнее конденсатопровод 4, внутренняя поверхность конденсатопровода 4 снабжена насечкой (резьбой) 6 пилообразной формы, наклонная часть 7 насечки 6 обращена в сторону зоны испарения 2.
На фиг. 2 приведена тепловая труба, у которой конденсатопровод 4 расположен соосно корпусу 1, частично, в зоне испарения 2 внедрен внутри корпуса 1, конденсатопровод 4 снабжен с противоположных сторон теплоизоляционными втулками 8, сам конденсатопровод снабжен высокотемпературным нагревателем 9, между зоной конденсации 3 и конденсатопроводом 4 установлен капельный дозатор 10, а насечка 6 состыкована с капиллярной структурой 11 в зоне испарения 2.
На фиг. 3 приведена тепловая труба с конденсатопроводом.
На фиг. 4 приведена тепловая труба, у которой конденсатопровод 4 стыкуется с нижней частью зоны испарения 2.
На фиг 5 приведена тепловая труба, у которой в зоне испарения 2 на торце корпуса 1 установлена капиллярная трубка 13 из капиллярного материала, состыкованная с капиллярной структурой 11 в зоне испарения 2, а конденсатопровод 4 в зоне испарения 2 установлен над трубкой 13.
Работает предлагаемая тепловая труба следующим образом. При попадании конденсата в капельный дозатор 10 конденсат поступает в конденсатопровод 4 в виде капель конденсата 12. Капли 12, попадая на пилообразную насечку 6 и при разогреве конденсатопровода 4 до определенной температуры начинает двигаться против сил тяжести и в итоге возвращается в зону испарения 2. Пар, проходя через паропровод 5, снова попадает в зону конденсации 3. Пар не может попасть в конденсатопровод 4, обладающий в сотни раз большим гидравлическим сопротивлением, чем паропровод 5.
В качестве прототипа для способа можно рассмотреть широко известный способ работы тепловой трубы путем испарения жидкости в зоне испарения 2, конденсации в зоне отвода тепла 3 и возврата конденсата в зону испарения 2 капиллярными силами. Такой способ вызывает существенные ограничения на возможности в теплопередаче, особенно в условиях, когда испаритель 2 в поле сил тяжести расположен выше зоны конденсации.
Предлагаемый способ работы тепловой трубы предполагает осуществлять работу тепловой трубы путем испарения жидкости в зоне испарения 2, конденсации в зоне отвода тепла 3 и возврата конденсата в зону испарения 2.
Особенность предлагаемого способа работы тепловой трубы проявляется в том, что возврат конденсата в зону испарения осуществляется путем капельного перемещения конденсата в конденсатопроводе 4, снабженном насечкой пилообразной формы, обращенной наклонной частью насечки в сторону испарителя, при разогреве теплоизолированного конденсатопровода 4 до температуры, превышающей температуру Лейденфроста на 50-200°.
Пар, вырывающийся из-под капли 12, не дает возможности соприкасаться с насечкой 6. Благодаря пилообразной форме насечки 6 пар, вырывающийся из-под капли 12, уже не равномерно истекает во все стороны, а создается преимущественно направленное движения пара в одну сторону, а капля 12 устремляется в сторону нагревателя 2 (жирная стрелка). Для воды эффект Лейденфроста начинается приблизительно с 500°С. Способ с передвижением капли против сил тяжести реализуется при несколько более высокой температуре. Активное движение капли 12 против сил тяжести наблюдается для воды при температуре свыше температуры Лейденфроста на 50°. Повышение температуры свыше 200° приводит к усиленному передвижению капель, но при этом время жизни капли падает (она начинает усиленно испаряться). Для воды время жизни капли воды оптимально в диапазоне температуры выше точки Лейденфроста на 50-200°С. При сопоставимых размерах конденсатопровода 4 и капли 12 давление за каплей становится больше и эффект движения капель 12 становится более эффективным. Перегрев теплоизолированного трубопровода 4 до температуры выше точки Лейденфроста над остальными элементами тепловой трубы не сказывается на испарительно-конденсационном процессе, а более быстрая подача конденсата в область испарения 2 позволяет разработать более эффективно работающие тепловые трубы.
Для жидкого воздуха или азота эффект Лейденфроста реализуется при комнатной температуре. Для реализации такого способа в криогенной области температур корпус конденсатопровода 4 должен быть снабжен ребристым теплообменником, собирающим тепло из окружающей среды. В противном случае испарение движущихся капель жидкого воздуха охладят конденсатопровод 4 до температуры ниже точки Лейденфроста и капли криогенной жидкости начнут касаться поверхности пилообразной насечки и полностью испаряться на начальном участке и не достигать зоны испарения.
Таким образом, предложена тепловая труба и способ ее работы, позволяющие более эффективно возвращать конденсат в зону испарения.
Claims (4)
1. Тепловая труба, содержащая корпус с зонами испарения и конденсации, конденсатопровод, связывающий зону испарения с зоной конденсации, и паропровод, отличающаяся тем, что конденсатопровод расположен с внешней стороны корпуса, внутренняя поверхность конденсатопровода снабжена насечкой пилообразной формы, наклонная часть насечки обращена в сторону зоны испарения, конденсатопровод снабжен с противоположных сторон теплоизоляционными втулками, сам конденсатопровод снабжен высокотемпературным нагревателем, между зоной конденсации и конденсатопроводом установлен капельный дозатор, а насечка состыкована с капиллярной структурой в зоне испарения.
2. Тепловая труба по п. 1, отличающаяся тем, что конденсатопровод расположен соосно или под углом к оси корпуса, частично, в зоне испарения внедрен внутрь корпуса.
3. Тепловая труба по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на торце корпуса, в зоне испарения, установлена трубка из капиллярного материала, состыкованная с капиллярной структурой в зоне испарения, причем конец конденсатопровода в зоне испарения расположен выше капиллярной трубки.
4. Способ работы тепловой трубы путем возврата конденсата в зону испарения, отличающийся тем, что возврат конденсата в зону испарения осуществляется путем капельного перемещения конденсата в конденсатопроводе, снабженном насечкой пилообразной формы с наклонной плоскостью, направленной в сторону испарителя при разогреве теплоизолированного конденсатопровода до температуры, превышающей температуру Лейденфроста на 50-200°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112286A RU2660980C2 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Тепловая труба и способ ее работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112286A RU2660980C2 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Тепловая труба и способ ее работы |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016112286A RU2016112286A (ru) | 2017-10-05 |
| RU2016112286A3 RU2016112286A3 (ru) | 2018-03-20 |
| RU2660980C2 true RU2660980C2 (ru) | 2018-07-11 |
Family
ID=60047661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016112286A RU2660980C2 (ru) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | Тепловая труба и способ ее работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660980C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111336847A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-26 | 连云港丰合新能源科技有限公司 | 一种水平微落差热管 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1508085A1 (ru) * | 1987-11-02 | 1989-09-15 | Омский политехнический институт | Регулируема теплова труба |
| JPH0387561A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-12 | Fujikura Ltd | 高温蓄熱体を備えたヒートパイプ式給湯装置 |
| RU2015483C1 (ru) * | 1991-11-14 | 1994-06-30 | Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Способ регулирования термического сопротивления тепловой трубы |
| JP2010054122A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 可変コンダクタンスヒートパイプ |
| JP5576425B2 (ja) * | 2012-04-06 | 2014-08-20 | 株式会社フジクラ | ループサーモサイホン式緊急冷却装置 |
-
2016
- 2016-04-01 RU RU2016112286A patent/RU2660980C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1508085A1 (ru) * | 1987-11-02 | 1989-09-15 | Омский политехнический институт | Регулируема теплова труба |
| JPH0387561A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-12 | Fujikura Ltd | 高温蓄熱体を備えたヒートパイプ式給湯装置 |
| RU2015483C1 (ru) * | 1991-11-14 | 1994-06-30 | Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Способ регулирования термического сопротивления тепловой трубы |
| JP2010054122A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 可変コンダクタンスヒートパイプ |
| JP5576425B2 (ja) * | 2012-04-06 | 2014-08-20 | 株式会社フジクラ | ループサーモサイホン式緊急冷却装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111336847A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-26 | 连云港丰合新能源科技有限公司 | 一种水平微落差热管 |
| CN111336847B (zh) * | 2020-03-18 | 2022-04-19 | 连云港丰合新能源科技有限公司 | 一种水平微落差热管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016112286A3 (ru) | 2018-03-20 |
| RU2016112286A (ru) | 2017-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rittidech et al. | Closed-ended oscillating heat-pipe (CEOHP) air-preheater for energy thrift in a dryer | |
| CN102269534B (zh) | 一种旋流式热导管 | |
| US7882890B2 (en) | Thermally pumped liquid/gas heat exchanger for cooling heat-generating devices | |
| Kim et al. | A study on thermal performance of parallel connected pulsating heat pipe | |
| WO2003062686A2 (en) | Heat pipe loop with pump assistance | |
| BR112017000350B1 (pt) | Dispositivo de ar condicionado | |
| US8434308B2 (en) | Heat pipes for transferring heat to an organic rankine cycle evaporator | |
| RU2660980C2 (ru) | Тепловая труба и способ ее работы | |
| Mahajan et al. | Oscillating heat pipes for waste heat recovery in HVAC systems | |
| Kang et al. | Heat-pipe-based tunable multimode horizontal thermal rectifier | |
| Manimaran et al. | An investigation of thermal performance of heat pipe using Di-water | |
| KR20090026232A (ko) | 내부에 작동유체 순환회로를 가진 히트 파이프 | |
| US20060054308A1 (en) | Multiple fluid heat pipe | |
| Vasiliev et al. | Vapordynamic thermosyphon–heat transfer two-phase device for wide applications | |
| Niti et al. | Thermal Characteristics of a Rotating Closed-Loop Pulsating Heat Pipe Affected by Centrifugal Accelerations and Numbers of Turns/Niti Kammuang-lue...[et al.] | |
| Mirshahi et al. | Experimental study on the effect of heat loads, fill ratio and extra volume on performance of a partial-vacuumed thermosyphon | |
| KR101461057B1 (ko) | 열전소자를 이용한 단일 순환루프 쿨링 및 히팅장치 | |
| RU73580U1 (ru) | Система охлаждения персонального компьютера | |
| KR100371388B1 (ko) | 히트파이프를 이용한 유니트 난방기 | |
| CN205505812U (zh) | 一种具有纵横热管的散热器 | |
| KR200343594Y1 (ko) | 진공전도 가온식 난방용 라지에타 | |
| RU2673308C2 (ru) | Насос с тепловым приводом и способ его работы | |
| CN109640576A (zh) | 一种水冷相变散热设备 | |
| KR200368926Y1 (ko) | 진공전도 가온식 난방용 라디에이터 | |
| TWI582369B (zh) | 熱交換裝置及使用其之熱水器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180726 |