RU2699116C2 - Metal thermal heat flow pipe - Google Patents

Metal thermal heat flow pipe Download PDF

Info

Publication number
RU2699116C2
RU2699116C2 RU2018101581A RU2018101581A RU2699116C2 RU 2699116 C2 RU2699116 C2 RU 2699116C2 RU 2018101581 A RU2018101581 A RU 2018101581A RU 2018101581 A RU2018101581 A RU 2018101581A RU 2699116 C2 RU2699116 C2 RU 2699116C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porous
capillary
heat pipe
coolant
channels
Prior art date
Application number
RU2018101581A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018101581A (en
RU2018101581A3 (en
Inventor
Сергей Федорович Гусев
Александр Николаевич Зарубин
Дмитрий Геннадьевич Кондратьев
Анатолий Александрович Косяков
Юрий Викторович Малышев
Алексей Александрович Марченко
Евгений Геннадьевич Шихов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" (ООО "НПО "Центротех")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" (ООО "НПО "Центротех") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Центротех" (ООО "НПО "Центротех")
Priority to RU2018101581A priority Critical patent/RU2699116C2/en
Publication of RU2018101581A publication Critical patent/RU2018101581A/en
Publication of RU2018101581A3 publication Critical patent/RU2018101581A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2699116C2 publication Critical patent/RU2699116C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

FIELD: pipelines.
SUBSTANCE: metal heat pipe of flat type consisting of housing with evaporation, transport and condenser zones, heat carrier supply system, capillary-porous wick formed on the inner surface of the opposite walls of the housing with formation of a gap in its central part, in which there is a system of vapor discharge channels. Supply of heat carrier to evaporation zone of heat pipe is carried out due to system of porous channels for heat carrier, consisting of upper and lower capillary-porous wicks on inner surfaces of housing and arranged between rows of capillary-porous columns of arbitrary cross-section. Steam discharge duct system in evaporation, transport and condenser zones is a spatial cellular structure formed between external surfaces of upper and lower capillary-porous wicks of surfaces of housing and walls of capillary-porous columns, wherein ratio of heat-transfer volume of heat pipe and steam volume is in range from 0.5:1 to 4.0:1.
EFFECT: disclosed is a metal heat pipe of flat type.
8 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым трубам плоского типа, которые могут применяться для охлаждения печатных плат электронной аппаратуры.The invention relates to heat engineering, namely to heat pipes of a flat type, which can be used for cooling printed circuit boards of electronic equipment.

Известна тепловая труба плоского типа по авторскому свидетельству СССР №1673824 (кл. МПК F28D 15/02, дата приоритета 07.02.1989) [1], содержащая корпус, противоположные стенки которого снабжены капиллярно-пористой структурой с системой пароотводных каналов в центральной части корпуса, причем капиллярно-пористая структура расположена с образованием зазора в центральной части корпуса, система пароотводных каналов образована плоской металлической сеткой, установленной в этом зазоре и примыкающей к капиллярно-пористой структуре.A flat type heat pipe is known according to the USSR author's certificate No. 1673824 (class IPC F28D 15/02, priority date 02/07/1989) [1], comprising a body, the opposite walls of which are provided with a capillary-porous structure with a system of steam channels in the central part of the body, moreover, the capillary-porous structure is located with the formation of a gap in the Central part of the housing, the system of vapor channels is formed by a flat metal mesh installed in this gap and adjacent to the capillary-porous structure.

Система пароотводных каналов, сформированных в центральной части тепловой трубы данной конструкции, позволяет пару перемещаться в плоскости в определенных направлениях и переносить тепло из зоны нагрева в зону охлаждения. Рабочая жидкость может перемещаться в пористой среде тепловой трубы в произвольном направлении.The system of steam channels formed in the central part of the heat pipe of this design allows the steam to move in a plane in certain directions and transfer heat from the heating zone to the cooling zone. The working fluid can move in a porous medium of the heat pipe in an arbitrary direction.

Недостатками данной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

1. Нерациональное использование в данной конструкции центрального пространства, поскольку значительная часть полезного сечения зазора, образованного в центральной части корпуса, в котором размещается сетка, перекрывается металлической проволокой, из которой она сплетена. Вследствие этого, толщина сетки должна быть в 1,5-2 раза больше требуемого диаметра пароотводных каналов. Например, при использовании в качестве теплоносителя воды для того, чтобы при низких температурах (от 5 до 18°С) гидравлическое сопротивление пароотводных каналов было небольшим, и тепловая труба имела высокую эффективную теплопроводность, диаметр каналов должен быть не менее 2 мм. Для выполнения данного условия требуется сетка, имеющая толщину 3-4 мм. В итоге, применение плоской сетки для формирования пароотводных каналов ведет к увеличению толщины тепловой трубы. Вследствие этого увеличивается ее масса, что затрудняет использование данной тепловой трубы, например, в космической технике.1. The irrational use of the central space in this design, since a significant part of the useful section of the gap formed in the central part of the housing in which the mesh is placed, is blocked by the metal wire from which it is woven. As a result of this, the thickness of the mesh should be 1.5-2 times greater than the required diameter of the vapor channels. For example, when using water as a heat transfer medium so that at low temperatures (from 5 to 18 ° C) the hydraulic resistance of the vapor channels is small and the heat pipe has high effective thermal conductivity, the diameter of the channels should be at least 2 mm. To fulfill this condition, a mesh having a thickness of 3-4 mm is required. As a result, the use of a flat grid to form steam channels leads to an increase in the thickness of the heat pipe. As a result, its mass increases, which makes it difficult to use this heat pipe, for example, in space technology.

2. Для уменьшения термического сопротивления и массы плоской тепловой трубы необходимо использовать корпус как можно с меньший толщиной стенки, например, менее 0,3 мм. Однако в данной конструкции это сделать невозможно, так как из-за его низкой механической прочности практически невозможно плотно прижать сетку к капиллярно-пористому фитилю, следовательно, и теплопередающие характеристики такой тепловой трубы будут хуже.2. To reduce the thermal resistance and mass of a flat heat pipe, it is necessary to use a housing with as little wall thickness as possible, for example, less than 0.3 mm. However, in this design it is impossible to do this, because due to its low mechanical strength it is almost impossible to press the mesh tightly to the capillary-porous wick, therefore, the heat transfer characteristics of such a heat pipe will be worse.

Металлическая тепловая труба плоского типа, описанная в по патенте РФ на изобретение №2457417 (кл. МПК F28D 15/00, дата приоритета 22.11.2010) [2], содержит корпус, капиллярно-пористый фитиль, сформированный на внутренних поверхностях противоположных стенок корпуса с образованием зазора в центральной его части, в котором размещена система пароотводных каналов, образованная одной или двумя гофрированными и перфорированными пластинами, состоящими из одного или нескольких слоев металлической сетки, на поверхности которой нанесена капиллярно-пористая структура из металлического порошка. В боковых стенках гофрированной перфорированной пластины между стенками, из которых она образована, сформированы щели (артерии) размером, равным или превышающим размер пор капиллярно-пористой структуры. Испарительная зона и зона конденсации тепловой трубы, включая, в том, числе, пароотводные каналы, специальные каналы для транспорта жидкости и рабочая поверхность основного фитиля, находящиеся в одном корпусе, располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях.Flat type metal heat pipe described in RF patent for invention No. 2457417 (class IPC F28D 15/00, priority date 11/22/2010) [2], contains a housing, a capillary-porous wick formed on the inner surfaces of the opposite walls of the housing with the formation of a gap in its central part, which contains a system of steam drainage channels, formed by one or two corrugated and perforated plates, consisting of one or more layers of a metal mesh, on the surface of which a capillary-porous metal powder structure. In the side walls of the corrugated perforated plate between the walls from which it is formed, slots (arteries) are formed with a size equal to or greater than the pore size of the capillary-porous structure. The evaporation zone and the condensation zone of the heat pipe, including, but not limited to, steam channels, special channels for transporting liquid and the working surface of the main wick, located in one housing, are located in mutually perpendicular planes.

Недостатками данной конструкции плоской тепловой трубы являются:The disadvantages of this design of a flat heat pipe are:

1. Гофрированная перфорированная пластина, соединяющая конденсатор и испаритель, служит дополнительным фитилем и способствует транспортировке теплоносителя из зоны конденсации в зону испарения за счет капиллярных сил, а гофрированная перфорированная пластина, расположенная в параллельной плоскости и соединенная друг с другом вершинами гофр в транспортировке теплоносителя не участвуют, поэтому при подведении тепловой нагрузки противоположные стороны плоской тепловой трубы обладают разными градиентами температуры между испарителем и конденсатором, что приводит к локальному осушению пористой среды в зоне испарения и, соответственно, к локальному перегреву тепловой трубы.1. The corrugated perforated plate connecting the condenser and the evaporator serves as an additional wick and facilitates the transport of the coolant from the condensation zone to the evaporation zone due to capillary forces, and the corrugated perforated plate located in a parallel plane and connected to each other by corrugation vertices does not participate in the heat carrier transportation therefore, when summing up the heat load, the opposite sides of the flat heat pipe have different temperature gradients between the evaporator and a capacitor that leads to local draining of the porous medium in the evaporation zone and, correspondingly, local overheating of the heat pipe.

2. Артерии, сформированные в гофрах тепловой трубы располагаются не только в конденсаторной, но и в испарительной зонах, что приводит при высоких тепловых нагрузках к образованию парового «пузыря» и как следствие этого, прекращению функционирования артерий в целом.2. Arteries formed in the corrugations of the heat pipe are located not only in the condenser, but also in the evaporation zones, which leads to the formation of a vapor “bubble” at high heat loads and, as a consequence, the cessation of the functioning of the arteries as a whole.

3. Гофрированная перфорированная пластина блокирует противоположные стороны зоны испарения ГТП, что дополнительно затрудняет эксплуатацию плоской тепловой трубы при высоких удельных тепловых нагрузках, так как теплоноситель только за счет капиллярных сил поступает в испарительную зону из зоны конденсации и не используется теплоноситель, находящийся на противоположной не теплонагруженной стороне.3. The corrugated perforated plate blocks the opposite sides of the GTP evaporation zone, which further complicates the operation of a flat heat pipe at high specific heat loads, since the heat carrier only enters the evaporation zone from the condensation zone due to capillary forces and the coolant located on the opposite, not heat-loaded, is not used side.

4. Места соединений гофрированных перфорированных пластин с другими конструкционными элементами плоской тепловой трубы создает места неоднородности пористых сред, обеспечивающих транспортировку теплоносителя в зону испарения. Пористость в местах соединений вместо 50÷70% может уменьшаться до 20% и менее. В испарителе места соединений гофрированных перфорированных пластин с боковыми стенками плоской тепловой трубы, практически по всей длине, - это сплошная линия, которая разделяет его на отдельные зоны не связанные между собой по потоку жидкости.4. The joints of corrugated perforated plates with other structural elements of a flat heat pipe creates a place of inhomogeneity of porous media, providing transportation of the coolant to the evaporation zone. The porosity at the joints instead of 50 ÷ 70% can be reduced to 20% or less. In the evaporator, the junction of the corrugated perforated plates with the side walls of a flat heat pipe, along almost the entire length, is a solid line that divides it into separate zones that are not interconnected by the fluid flow.

Конструкции тепловых труб, описанные в патентах США №8356657 (кл. МПК F28D 15/02, дата приоритета 19.12.2007) [3] и №9459050 (кл. МПК B22F 3/11, F28D 15/02, дата приоритета 09.05.2012) [4] основана на устройстве тепловой трубы, имеющей фитильную структуру в виде спеченной решетки, включающей в себя множество стяжных стенок, определенной длины, ширины и высоты, расположенных параллельно с фитильной жидкостью в продольном направлении вдоль соответствующих длин. Причем соответствующие длины больше, чем соответствующие ширины, и соответствующие высоту, множество стяжных стенок, примыкающих друг к другу, и разнесенных друг от друга, чтобы образовывать пары между ними, множество соединительных стяжных стенок для протекания фитильной жидкости между соседними стенками в поперечном втором направлении, по существу перпендикулярном продольному первому направлению, и паровая камера, содержащая структуру спеченного решетчатого фитиля, паровая камера, имеющая внутреннюю поверхность конденсации и внутреннюю поверхность испарителя, причем множество стяжных стенок и множество соединительных стяжных стенок сконфигурированы для фитильной жидкости в продольном первом и поперечном втором направлениях. Направление, в котором происходит движение пара, соответствует направлению теплопередачи тепловой трубы данной конструкции от нагревателя к холодильнику.Heat pipe designs described in US Pat. No. 8,356,657 (CL IPC F28D 15/02, priority date 12/19/2007) [3] and No. 9459050 (CL IPC B22F 3/11, F28D 15/02, priority date 5/9/2012 ) [4] is based on the device of a heat pipe having a wick structure in the form of a sintered grating, including a plurality of tie walls of a certain length, width and height, located parallel with the wick fluid in the longitudinal direction along the respective lengths. Moreover, the corresponding lengths are greater than the corresponding widths and the corresponding height, a plurality of coupling walls adjacent to each other, and spaced apart to form pairs between them, a plurality of connecting coupling walls for the wick fluid to flow between adjacent walls in a transverse second direction, substantially perpendicular to the longitudinal first direction, and a steam chamber containing a sintered trellis wick structure, a steam chamber having an inner condensation surface and an inner ennyuyu evaporator surface, wherein a plurality of clamping walls and a plurality of connecting walls configured for clamping the wick liquids in the longitudinal first and second transverse directions. The direction in which the steam flows corresponds to the direction of heat transfer of the heat pipe of a given design from the heater to the refrigerator.

Недостатками данной конструкции тепловой трубы являются:The disadvantages of this design of the heat pipe are:

1. Конструкция тепловой трубы выполнена таким образом, что при работе может быть перегрев ее рабочего участка в следствии того, что нет выравнивания давления пара в между отдельными каналами.1. The design of the heat pipe is made in such a way that during operation there may be overheating of its working section due to the fact that there is no equalization of steam pressure in between the individual channels.

2. Теплопередача данной тепловой трубы не достаточна из-за большого гидравлического сопротивления в фитильной полости за счет ее разветвленной сети каналов.2. The heat transfer of this heat pipe is not sufficient due to the large hydraulic resistance in the wick cavity due to its extensive network of channels.

3. Данная тепловая труба предназначена для передачи тепла на небольшие расстояния, так как ее высота не превышает 15 мм, таким образом она не может быть универсальна в использовании.3. This heat pipe is designed to transfer heat over short distances, since its height does not exceed 15 mm, so it cannot be universal in use.

Наиболее близким техническим решением, и потому взятым за прототип, является патент США №6293332 «Конструкция сверхтонкой тепловой пластины» (кл. МПК F28D 15/02, дата приоритета 25.09.2001) [5].The closest technical solution, and therefore taken as a prototype, is US patent No. 6293332 "The design of ultra-thin thermal plate" (CL IPC F28D 15/02, priority date 09/25/2001) [5].

Структура сверхтонкой тепловой пластины (плоской тепловой трубы) состоит из пары внешних тел расположенных одна над другой, имеющих плоские поверхности, и опорных тел вставленных между внешними телами. Каждое из внешних тел выполнено в виде плоской металлической пластины, которые на внутренней поверхности могут иметь функцию капиллярности. Указанные опорные тела имеют вытянутую форму различной конфигурации. Структура опорных тел состоит из пары противолежащих плоских поверхностей и внутренней полости. Плоские поверхности опорных тел соединяются с внутренними плоскими поверхностями внешних тел. Внутренняя полость в опорных телах расположена по всей их длине, причем на внутренней поверхности этой полости имеется множество капилляров, длина которых совпадает с длиной внутренней полости опорных тел. Внутренняя полость и капилляры опорных тел изготовлены штамповкой. Указанные выше внешние тела и опорные тела между собой соединяются множеством сварных точек. На краях тепловой пластины сформирована фитильная структура для образования неразрывного потока жидкости во всем объеме тепловой пластины.The structure of an ultra-thin heat plate (flat heat pipe) consists of a pair of external bodies located one above the other, having flat surfaces, and supporting bodies inserted between the external bodies. Each of the external bodies is made in the form of a flat metal plate, which on the inner surface can have a capillarity function. These supporting bodies have an elongated shape of various configurations. The structure of the supporting bodies consists of a pair of opposite flat surfaces and an internal cavity. The flat surfaces of the support bodies are connected to the internal flat surfaces of the external bodies. The internal cavity in the supporting bodies is located along their entire length, and on the inner surface of this cavity there are many capillaries, the length of which coincides with the length of the internal cavity of the supporting bodies. The internal cavity and capillaries of the supporting bodies are made by stamping. The above external bodies and supporting bodies are interconnected by a variety of welded points. A wick structure is formed at the edges of the heat plate to form an unbroken fluid flow throughout the volume of the heat plate.

Жидкостная полость тепловой пластины образована капиллярами внешних тел и опорных тел, а так же фитильной структурой на краях тепловой пластины.The fluid cavity of the heat plate is formed by the capillaries of the external bodies and supporting bodies, as well as the wick structure at the edges of the heat plate.

Паровая полость это свободное пространство внутренних полостей опорных тел между верхней и нижней пластинами внешних тел.The vapor cavity is the free space of the internal cavities of the supporting bodies between the upper and lower plates of the external bodies.

Недостатками данной конструкции тепловой пластины являются:The disadvantages of this design of the heat plate are:

1. поскольку паровая полость разбита на множество отдельных каналов, то нет выравнивания давления пара, что может привести к местным перегревам рабочего участка тепловой пластины;1. since the vapor cavity is divided into many separate channels, there is no equalization of the vapor pressure, which can lead to local overheating of the working section of the heat plate;

2. жидкостная полость имеет вид разветвленной сети каналов, разграниченных участками паровой полости, в результате этого возникает большое гидравлическое сопротивление, что ограничивает теплопередающую способность тепловой пластины;2. the liquid cavity has the form of a branched network of channels delimited by sections of the vapor cavity, as a result of this there is a large hydraulic resistance, which limits the heat transfer ability of the heat plate;

3. фитильная структура образована множеством специально сформированных капилляров, изготовленных штамповкой - узкий диапазон возможных значений диаметров капилляров приводит к ограничениям как по массопередаче, так и по допустимому углу наклона тепловой пластины. Чем больше угол наклона тепловой пластины, тем меньше массовая скорость теплоносителя и тем меньше высота на которую капилляры, с узким диапазоном возможных значений диаметров, могут поднять теплоноситель внутри тепловой пластины;3. the wick structure is formed by many specially formed capillaries made by stamping - a narrow range of possible values of capillary diameters leads to limitations both in mass transfer and in the permissible angle of inclination of the heat plate. The greater the angle of inclination of the heat plate, the lower the mass velocity of the coolant and the lower the height at which the capillaries, with a narrow range of possible diameters, can raise the coolant inside the heat plate;

4. точечная сварка вызывает локальный нагрев и деформацию опорных тел, имеющих капиллярные каналы внутри сверхтонкой тепловой пластины. Это приводит к местным изменениям гидравлического сопротивления капиллярных каналов и ухудшает теплопередачу тепловой пластины.4. spot welding causes local heating and deformation of supporting bodies having capillary channels inside an ultra-thin heat plate. This leads to local changes in the hydraulic resistance of the capillary channels and affects the heat transfer of the heat plate.

Задачей заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с системой пароотводных каналов пространственной структуры, является рациональное использование центрального пространства плоской тепловой трубы, повышение ее работоспособности при высоких удельных тепловых нагрузках, увеличение ее эффективной теплопроводности, передачи тепла на большие расстояния и расширение возможности ее применения путем снижения весовых характеристик.The objective of the claimed design of a metal heat pipe of a flat type with a system of steam channels of a spatial structure is the rational use of the central space of a flat heat pipe, increase its performance at high specific heat loads, increase its effective thermal conductivity, heat transfer over long distances and expand its applicability by reducing weight characteristics.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известной конструкции тепловой трубы плоского типа, включающей корпус с испарительной, транспортной и конденсаторной зонами, систему подвода теплоносителя, капиллярно-пористый фитиль, сформированный на внутренней поверхности противоположных стенок корпуса с образованием зазора в центральной его части, в которой размещена система пароотводных каналов, согласно заявляемому техническому решению подвод теплоносителя (жидкости) в зону испарения тепловой трубы осуществляется за счет системы пористых каналов теплоносителя, состоящих из верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей сформированных на внутренних поверхностях стенок корпуса и расположенных между ними и соприкасающихся с ними рядов капиллярно-пористых столбиков произвольного сечения, например, круглого, и, при необходимости, прямолинейных пористых перегородок (дополнительных каналов теплоносителя). Данная конструкция, образует пространственную ячеистую структуру системы пароотводных каналов находящихся между наружными поверхностями верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей поверхностей корпуса и стенками капиллярно-пористых столбиков, причем соотношение теплоносительного и парового объема находится в диапазоне от 0,5:1 до 4,0:1.The problem is achieved due to the fact that in the known design of a flat type heat pipe, including a housing with evaporation, transport and condenser zones, a coolant supply system, a capillary-porous wick formed on the inner surface of the opposite walls of the housing with the formation of a gap in its central part, in which the system of steam drainage channels is located, according to the claimed technical solution, the coolant (liquid) is supplied to the evaporation zone of the heat pipe due to the topics of porous coolant channels, consisting of upper and lower capillary-porous wicks formed on the inner surfaces of the walls of the body and located between them and adjacent to them in rows of capillary-porous columns of arbitrary section, for example, round, and, if necessary, rectilinear porous partitions (additional coolant channels). This design forms a spatial cellular structure of a system of steam drainage channels located between the outer surfaces of the upper and lower capillary-porous wicks of the housing surfaces and the walls of the capillary-porous columns, and the ratio of heat-transfer and vapor volume is in the range from 0.5: 1 to 4.0: one.

Использование заявляемой конструкции кроме осуществления поставленных задач, обеспечивает высокую прочность на разрыв от внутреннего давления, что важно при применении, например, низкотемпературно кипящих теплоносителей.The use of the claimed design in addition to the implementation of the tasks, provides high tensile strength from internal pressure, which is important when using, for example, low-temperature boiling fluids.

Экспериментально было определено, что соотношение теплоносительного (жидкостного) и парового объема находится в диапазоне от 0,5:1 до 4,0:1.It was experimentally determined that the ratio of the coolant (liquid) and steam volume is in the range from 0.5: 1 to 4.0: 1.

При соотношении теплоносительного и парового объема менее 0,5:1 происходит ограничение теплопередачи в тепловой трубе в результате быстрого роста температуры в зоне испарения тепловой трубы, вызванного осушением пористой среды каналов теплоносителя, когда массовый расход теплоносителя через систему пористых каналов не может компенсировать массовую скорость испарения теплоносителя в пароотводных каналах.When the ratio of heat transfer and vapor volume is less than 0.5: 1, the heat transfer in the heat pipe is limited as a result of a rapid increase in temperature in the evaporation zone of the heat pipe, caused by the drying of the porous medium of the coolant channels, when the mass flow of the coolant through the system of porous channels cannot compensate for the mass rate of evaporation coolant in steam channels.

При соотношении теплоносительного и парового объема более 4,0:1 происходит ограничение теплопередачи в тепловой трубе в результате роста температуры испарителя, без осушения его пористой среды, когда передающая способность парового канала перестает соответствовать массовой скорости испарения теплоносителя.When the ratio of the heat transfer and vapor volume is more than 4.0: 1, the heat transfer in the heat pipe is limited as a result of the increase in the temperature of the evaporator, without drying the porous medium, when the transmitting ability of the steam channel ceases to correspond to the mass rate of evaporation of the coolant.

Вариантом заявляемой металлической тепловой трубы плоского типа является конструкция, в которой на внутренних поверхностях пластин корпуса выполнены каналы-артерии, способствующие увеличению подвода теплоносителя в зону испарения.A variant of the inventive metal heat pipe of a flat type is a design in which artery channels are made on the inner surfaces of the body plates, contributing to an increase in the coolant supply to the evaporation zone.

Другим вариантом конструкции заявляемой металлической тепловой трубы плоского типа с системой пароотводных каналов пространственной ячеистой структуры является конструкция, в которой с внутренней стороны верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей, прилегающих к внутренним поверхностям корпуса, выполнены с произвольным шагом пароотводные каналы между рядами капиллярно-пористых столбиков.Another design option of the inventive flat-type metal heat pipe with a system of steam drainage channels of a spatial cellular structure is a structure in which steam drainage channels between rows of capillary-porous columns are made with an arbitrary step on the inner side of the upper and lower capillary-porous wicks adjacent to the inner surfaces of the housing .

Следующим вариантом конструкции заявляемой металлической тепловой трубы плоского типа с системой пароотводных каналов пространственной ячеистой структуры, расположенной в зоне испарения, является конструкция тепловой трубы с капиллярно-пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных пористых перемычек выполненных произвольном шагом между рядами капиллярно-пористых столбиков.The next design option of the inventive flat type metal heat pipe with a system of steam drainage channels of a spatial cellular structure located in the evaporation zone is a heat pipe design with capillary-porous arteries for the coolant in the form of rectilinear porous bridges made at random intervals between rows of capillary-porous columns.

Вариантами конструкции заявляемой тепловой трубы с системой пароотводных каналов пространственной ячеистой структуры, являются различные комбинации конструкционных элементов заявляемой тепловой трубы, а именно каналов-артерий, на внутренних поверхностях корпуса, паровых каналов и прямолинейных капиллярно-пористых перемычек для теплоносителя между рядами капиллярно-пористых столбиков, выполненных с произвольным шагом.Variants of the design of the inventive heat pipe with a system of steam outlet channels of a spatial cellular structure are various combinations of structural elements of the inventive heat pipe, namely, channels-arteries, on the inner surfaces of the housing, steam channels and rectilinear capillary-porous bridges for the coolant between the rows of capillary-porous columns, made with an arbitrary step.

Заявляемое техническое решение иллюстрируется фигурами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12.The claimed technical solution is illustrated by figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемой металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой, образованной капиллярно-пористыми столбиками, например, круглыми.In FIG. 1 shows the design of the inventive metal heat pipe of a flat type with a spatial cellular structure formed by capillary-porous columns, for example, round.

На фиг. 2 вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой образованной капиллярно-пористыми столбиками с произвольной формы.In FIG. 2 option of the claimed design of a metal heat pipe of a flat type with a spatial cellular structure formed by capillary-porous columns with an arbitrary shape.

На фиг. 3 - вариант заявляемой металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой, на внутренних поверхностях стенок корпуса которой выполнены каналы-артерии для теплоносителя.In FIG. 3 is a variant of the inventive metal heat pipe of a flat type with a spatial cellular structure, on the inner surfaces of the walls of the body of which channels-arteries for the coolant are made.

На фиг. 4 - вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой с внутренней стороны верхнего и нижнего капиллярно - пористых фитилей, которой выполнены пароотводные каналы расположенные, например, с произвольным шагом между рядами капиллярно-пористых столбиков.In FIG. 4 is a variant of the claimed design of a flat type metal heat pipe with a spatial cellular structure on the inner side of the upper and lower capillary - porous wicks, which have steam channels arranged, for example, with an arbitrary step between the rows of capillary-porous columns.

На фиг. 5 - вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой с пароотводными каналами между рядами капиллярно-пористых столбиков и каналами-артериями для теплоносителя на внутренних поверхностях стенок корпуса.In FIG. 5 is a variant of the claimed design of a flat type metal heat pipe with a spatial cellular structure with steam channels between the rows of capillary-porous columns and artery channels for the coolant on the inner surfaces of the housing walls.

На фиг. 6 - вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой с пористыми артериями для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек, расположенных с произвольным шагом между капиллярно-пористыми столбиками.In FIG. 6 is a variant of the claimed design of a flat type metal heat pipe with a spatial cellular structure with porous arteries for the coolant in the form of capillary-porous rectilinear bridges located at an arbitrary step between the capillary-porous columns.

На фиг. 7 - вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой с капиллярно-пористыми столбиками, чередующимися с капиллярно-пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных пористых перемычек, и каналами-артериями для теплоносителя на внутренних поверхностях стенок корпуса.In FIG. 7 is a variant of the claimed design of a flat type metal heat pipe with a spatial cellular structure with capillary-porous columns alternating with capillary-porous arteries for the coolant in the form of rectilinear porous bridges, and ducts-arteries for the coolant on the inner surfaces of the housing walls.

На фиг. 8 - вариант заявляемой конструкции металлической тепловой трубы плоского типа с пространственной ячеистой структурой и с пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных пористых перемычек, каналами-артериями для теплоносителя на внутренних поверхностях стенок корпуса и пароотводными каналами между рядами капиллярно-пористых столбиков.In FIG. 8 is a variant of the claimed design of a flat type metal heat pipe with a spatial cellular structure and with porous arteries for the coolant in the form of rectilinear porous bridges, ducts-arteries for the coolant on the inner surfaces of the walls of the casing and steam channels between the rows of capillary-porous columns.

На фиг. 9 - фрагмент внутренней конструкции тепловой трубы плоского типа заявляемой конструкции с пространственной ячеистой структурой, образованной капиллярно-пористыми столбиками, например, круглыми.In FIG. 9 is a fragment of the internal structure of a flat type heat pipe of the claimed design with a spatial cellular structure formed by capillary-porous columns, for example, round.

На фиг. 10 - фрагмент внутренней конструкции тепловой трубы плоского типа заявляемой конструкции с пространственной ячеистой структурой, образованной капиллярно-пористыми столбиками, например, круглыми и с пористыми артериями для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек.In FIG. 10 is a fragment of the internal structure of a flat type heat pipe of the claimed design with a spatial cellular structure formed by capillary-porous columns, for example, round and with porous arteries for the coolant in the form of capillary-porous rectilinear bridges.

На фиг. 11 - расположение тепловой трубы, заявляемой конструкции и температурных датчиков в примере конкретного выполнения.In FIG. 11 - the location of the heat pipe of the claimed design and temperature sensors in the example of a specific implementation.

На фиг. 12 - таблица сравнения характеристик вариантов металлических тепловых труб заявляемой конструкции.In FIG. 12 is a table comparing the characteristics of options for metal heat pipes of the claimed design.

Заявляемая плоская тепловая труба (фиг. 1) состоит из корпуса, представляющего собой верхнюю (1) и нижнюю (2) металлические пластины, с нанесенными на их внутренние стороны, соответственно, верхним капиллярно-пористым фитилем (3) и нижним капиллярно-пористым фитилем (4). Между стенками корпуса (1 и 2) образовано пространство, в котором находятся ряды капиллярно-пористых столбиков (5) произвольного сечения, например, как показано на фигуре круглого, причем концы капиллярно-пористых столбиков (5) контактируют с капиллярно-пористыми фитилями (3 и 4) стенок корпуса.The inventive flat heat pipe (Fig. 1) consists of a casing representing the upper (1) and lower (2) metal plates, with the upper capillary-porous wick (3) and the lower capillary-porous wick deposited on their inner sides, respectively (four). Between the walls of the casing (1 and 2), a space is formed in which there are rows of capillary-porous columns (5) of arbitrary cross section, for example, as shown in the round figure, with the ends of the capillary-porous columns (5) in contact with capillary-porous wicks (3 and 4) the walls of the housing.

Подвод теплоносителя в зону испарения тепловой трубы осуществляется за счет системы капиллярно-пористых каналов теплоносителя, образованных верхним (3) и нижним (4) капиллярно-пористыми фитилями на внутренних поверхностях корпуса и соприкасающимися (контактирующими) с ними рядами капиллярно-пористых столбиков (5).The coolant is supplied to the heat pipe evaporation zone due to the system of capillary-porous coolant channels formed by the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks on the inner surfaces of the body and the rows of capillary-porous columns (5) in contact with them (5) .

Кроме этого данная конструкция образует пространственную ячеистую структуру системы пароотводных каналов, находящихся между наружной поверхностью (6) верхнего (3) капиллярно-пористого фитиля и наружной поверхностью (7) нижнего (4) фитиля поверхностей корпуса и стенками (8) столбиков.In addition, this design forms a spatial cellular structure of a system of steam drainage channels located between the outer surface (6) of the upper (3) capillary-porous wick and the outer surface (7) of the lower (4) wick of the housing surfaces and the walls (8) of the columns.

На фиг. 2 показан вариант заявляемой конструкции тепловой трубы плоского типа с произвольной формой столбиков, например, овальной (9). Применение такой формы столбиков позволяет улучшить не только прочностные характеристики тепловой трубы, но и аэродинамику потока пара, а кроме того, при этом увеличивается объем капиллярно-пористых каналов теплоносителя.In FIG. 2 shows a variant of the claimed design of a flat type heat pipe with an arbitrary shape of columns, for example, oval (9). The use of this form of columns allows you to improve not only the strength characteristics of the heat pipe, but also the aerodynamics of the steam flow, and in addition, the volume of capillary-porous coolant channels increases.

На фиг. 3 показан вариант заявляемой тепловой трубы на внутренних поверхностях верхней (1) и нижней (2) пластин корпуса которой выполнены каналы-артерии (10) для теплоносителя, длина которых, например, может не совпадать с длиной тепловой трубы с целью выравнивания давления по площади тепловой трубы.In FIG. 3 shows a variant of the inventive heat pipe on the inner surfaces of the upper (1) and lower (2) body plates of which are made the artery channels (10) for the coolant, the length of which, for example, may not coincide with the length of the heat pipe in order to equalize the pressure over the heat pipes.

Наличие каналов-артерий (10) для теплоносителя позволяет увеличить поступление теплоносителя к верхнему (3) и нижнему (4) капиллярно-пористым фитилям, расположенным соответственно на верхней (1) и нижней (2) пластинах корпуса.The presence of artery channels (10) for the coolant allows to increase the flow of coolant to the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks located respectively on the upper (1) and lower (2) plates of the body.

На фиг. 4 - вариант заявляемой конструкции тепловой трубы плоского типа с внутренней стороны верхнего (3) и нижнего (4) капиллярно-пористых фитилей, которой выполнены пароотводные каналы (11), расположенные с произвольным шагом между рядами капиллярно-пористых столбиков (5). Наличие пароотводных каналов (11) позволяет с одной стороны создать направление движения пара с наименьшим аэродинамическим сопротивлением, а с другой стороны уменьшает толщину верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей, тем самым уменьшая их термосопротивление. Кроме того, пароотводные каналы (11) позволяют увеличить площадь испарения за счет увеличения площади боковых стенок.In FIG. 4 is a variant of the claimed design of a flat type heat pipe on the inner side of the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks, which have steam channels (11) located at an arbitrary step between the rows of capillary-porous columns (5). The presence of steam drainage channels (11) allows one to create the direction of steam movement with the lowest aerodynamic drag, and on the other hand, reduces the thickness of the upper and lower capillary-porous wicks, thereby reducing their thermal resistance. In addition, the vapor channels (11) allow you to increase the evaporation area by increasing the area of the side walls.

На фиг. 5 показан вариант заявляемой тепловой трубы на внутренних поверхностях верхней (1) и нижней (2) пластин корпуса которой выполнены каналы-артерии (10) для теплоносителя, а на внутренних сторонах верхнего (3) и нижнего (4) капиллярно-пористых фитилей, пароотводные каналы (11) расположенные с произвольным шагом между рядами капиллярно-пористых столбиков (5).In FIG. 5 shows a variant of the inventive heat pipe on the inner surfaces of the upper (1) and lower (2) plates of the body of which are made the artery channels (10) for the coolant, and on the inner sides of the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks, steam channels (11) located with an arbitrary step between the rows of capillary-porous columns (5).

Наличие каналов-артерий (10) для теплоносителя позволяет дополнительно увеличить поступление теплоносителя к верхнему (3) и нижнему (4) капиллярно-пористым фитилям, расположенным соответственно на верхней (1) и нижней (2) пластинах корпуса.The presence of artery channels (10) for the coolant can further increase the flow of coolant to the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks located respectively on the upper (1) and lower (2) plates of the body.

На фиг. 6 показан вариант заявляемой конструкции тепловой трубы с капиллярно-пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных пористых перемычек (12), расположенных с произвольным шагом между капиллярно-пористыми столбиками (5). Прямолинейные пористые перемычки (12) и капиллярно-пористые столбики (5) примыкают к с верхнему (3) и нижнему (4) капиллярно-пористым фитилями.In FIG. 6 shows a variant of the claimed design of a heat pipe with capillary-porous arteries for the coolant in the form of rectilinear porous bridges (12) located at an arbitrary step between the capillary-porous columns (5). Rectilinear porous bridges (12) and capillary-porous columns (5) are adjacent to the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks.

Наличие пористых артерий для теплоносителя виде прямолинейных капиллярно-пористых перемычек (12) позволяет повысить прочность конструкции тепловой трубы и увеличить поток теплоносителя, подводимого в зону испарения тепловой трубы.The presence of porous arteries for the coolant in the form of rectilinear capillary-porous bridges (12) allows to increase the structural strength of the heat pipe and increase the flow of the heat carrier supplied to the evaporation zone of the heat pipe.

На фиг. 7 показан вариант заявляемой конструкции тепловой трубы с капиллярно-пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных пористых перемычек (12), расположенных с произвольным шагом между капиллярно-пористыми столбиками (5), контактирующими с верхним (3) и нижним (4) капиллярно-пористым фитилями, причем на внутренних поверхностях верхней (1) и нижней (2) стенок корпуса имеются каналы-артерии (10) для теплоносителя.In FIG. 7 shows a variant of the claimed design of a heat pipe with capillary-porous arteries for the coolant in the form of rectilinear porous bridges (12) located at an arbitrary step between the capillary-porous columns (5) in contact with the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks, and on the inner surfaces of the upper (1) and lower (2) walls of the body there are artery channels (10) for the coolant.

На фиг. 8 показан вариант заявляемой конструкции тепловой трубы с пористыми артериями для теплоносителя (12) в виде прямолинейных параллельных капиллярно-пористых перемычек, контактирующих с верхним (3) и нижним (4) капиллярно-пористым фитилями и расположенными с произвольным шагом между капиллярно-пористыми столбиками (5), причем на внутренних поверхностях верхней (1) и нижней (2) пластин корпуса выполнены каналы-артерии (10) для теплоносителя, а на внутренних сторонах верхнего (3) и нижнего (4) капиллярно -пористых фитилей, пароотводные каналы (11) расположенные с произвольным шагом между рядами капиллярно-пористых столбиков (5).In FIG. 8 shows a variant of the claimed design of a heat pipe with porous arteries for the coolant (12) in the form of rectilinear parallel capillary-porous bridges in contact with the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks and located at an arbitrary step between the capillary-porous columns ( 5), moreover, on the inner surfaces of the upper (1) and lower (2) plates of the casing, artery channels (10) for the coolant are made, and on the inner sides of the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks, steam channels (11 ) split conjugated with an arbitrary pitch between rows of capillary-porous columns (5).

Варианты выполнения тепловой трубы плоского типа заявляемой конструкции, приведенные выше в описании, зависят от задач, которые ставятся при ее эксплуатации, например, от температуры охлаждаемой поверхности, от выбора конструкционного материала тепловой трубы, от выбора теплоносителя, от геометрии тепловой трубы.Embodiments of a flat type heat pipe of the claimed design described above depend on the tasks that are set during its operation, for example, on the temperature of the surface to be cooled, on the choice of the structural material of the heat pipe, on the choice of coolant, on the geometry of the heat pipe.

На фиг. 9 приведен фрагмент внутренней части тепловой трубы плоского типа заявляемой конструкции с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков (5), например, круглых.In FIG. 9 shows a fragment of the inner part of a heat pipe of a flat type of the claimed design with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns (5), for example, round.

На фиг. 10 приведен фрагмент внутренней части тепловой трубы плоского типа заявляемой тепловой трубы с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков (5), например, круглых и с пористыми артериями для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек (12).In FIG. 10 shows a fragment of the inner part of a flat type heat pipe of the inventive heat pipe with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns (5), for example, round and with porous arteries for the coolant in the form of capillary-porous rectilinear bridges (12).

Заявляемая тепловая труба плоского типа работает следующим образом. Подвод тепла от нагретого источника в зону испарения тепловой трубы происходит через верхнюю (1) и нижнюю (2), например, металлические стенки корпуса (фиг. 1). Подвод теплоносителя в зону испарения тепловой трубы осуществляется за счет системы пористых каналов теплоносителя, образованных верхним (3) и нижним (4) капиллярно-пористыми фитилями на внутренних поверхностях корпуса и соприкасающимися с ними капиллярно-пористыми столбиками (5).The inventive heat pipe flat type operates as follows. The supply of heat from a heated source to the evaporation zone of the heat pipe occurs through the upper (1) and lower (2), for example, the metal walls of the casing (Fig. 1). The coolant is supplied to the heat pipe evaporation zone due to the system of porous coolant channels formed by the upper (3) and lower (4) capillary-porous wicks on the inner surfaces of the casing and the capillary-porous columns in contact with them (5).

Изменение температуры приводит к неравновесному состоянию системы, что ведет к возникновению перепада давления между горячими и холодными зонами тепловой трубы и пар начинает двигаться из более нагретой зоны (зона повышенного давления) в более холодную зону (зона пониженного давления). За счет разности давлений и происходит движение пара и охлаждение источника тепла. Через поры каналов теплоносителя, нагревшийся теплоноситель испаряется и по пароотводным каналам (11), образованным наружной поверхностью (6) верхнего капиллярно-пористого фитиля (3), наружной поверхностью (7) нижнего капиллярно-пористого фитиля (4) и стенками (8) капиллярно-пористых столбиков (5), проходит в зону конденсации тепловой трубы.A change in temperature leads to a nonequilibrium state of the system, which leads to the appearance of a pressure differential between the hot and cold zones of the heat pipe and the steam begins to move from the warmer zone (high pressure zone) to the colder zone (low pressure zone). Due to the pressure difference, the steam moves and the heat source cools. Through the pores of the coolant channels, the heated coolant also evaporates through steam channels (11) formed by the outer surface (6) of the upper capillary-porous wick (3), the outer surface (7) of the lower capillary-porous wick (4) and the walls (8) capillary -porous columns (5), passes into the condensation zone of the heat pipe.

На фиг. 9 приведен фрагмент внутренней конструкции тепловой трубы плоского типа заявляемой конструкции с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков (5), например, круглых.In FIG. 9 shows a fragment of the internal structure of a heat pipe of a flat type of the claimed design with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns (5), for example, round.

На фиг. 10 приведен фрагмент внутренней конструкции заявляемой тепловой трубы с пространственной ячеистой структурой, образованной капиллярно-пористыми столбиками (5), например, круглыми и с пористыми артериями для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек (12).In FIG. 10 shows a fragment of the internal structure of the inventive heat pipe with a spatial cellular structure formed by capillary-porous columns (5), for example, round and with porous arteries for the coolant in the form of capillary-porous rectilinear bridges (12).

Для верхней и нижней металлических пластин заявляемой тепловой трубы могут быть использованы различные материалы, например, медь, никель, титан, нержавеющая сталь и так далее. Капиллярно-пористые фитили стенок корпуса тепловой трубы и капиллярно-пористые столбики сформированы из аналогичных прессованных и спеченных порошков. В качестве теплоносителя может быть использована, например, вода, спирт, ацетон, ацетонитрил и т.д., как в любой тепловой трубе. Соединение сторон корпуса плоской тепловой трубы между собой и с капиллярно-пористой структурой верхнего и нижнего фитилей и капиллярно-пористых столбиков производится способами порошковой металлургии (прессованием, спеканием, диффузионной или термодиффузионной сварками и т.п.).For the upper and lower metal plates of the inventive heat pipe, various materials can be used, for example, copper, nickel, titanium, stainless steel and so on. Capillary-porous wicks of the walls of the heat pipe body and capillary-porous columns are formed from similar pressed and sintered powders. As a heat carrier, for example, water, alcohol, acetone, acetonitrile, etc., as in any heat pipe can be used. The sides of the casing of a flat heat pipe are connected to each other and to the capillary-porous structure of the upper and lower wicks and capillary-porous columns using powder metallurgy methods (pressing, sintering, diffusion or thermal diffusion welding, etc.).

В качестве примеров конкретного выполнения заявляемого технического решения приведены следующие образцы металлических тепловых труб плоского типа заявляемой конструкции, изготовленные по одним технологическим режимам.As examples of the specific implementation of the claimed technical solution, the following samples of metal heat pipes of a flat type of the claimed design are made according to one technological regime.

Металлическая тепловая труба плоского типа образец №1 - тепловая труба с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков (фиг. 1).Flat type metal heat pipe sample No. 1 is a heat pipe with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns (Fig. 1).

Металлическая тепловая труба плоского типа образец №2 - вариант тепловой трубы с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков и двумя пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных перемычек (фиг. 6).Flat type metal heat pipe sample No. 2 is a variant of a heat pipe with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns and two porous arteries for the coolant in the form of rectilinear bridges (Fig. 6).

Металлическая тепловая труба плоского типа образец №3 -вариант тепловой трубы с пространственной ячеистой структурой, образованной рядами капиллярно-пористых столбиков и четырьмя пористыми артериями для теплоносителя в виде прямолинейных перемычек (фиг. 6).A flat type metal heat pipe sample No. 3 is a heat pipe option with a spatial cellular structure formed by rows of capillary-porous columns and four porous arteries for the coolant in the form of rectilinear bridges (Fig. 6).

Верхняя и нижняя металлические пластины их были выполнены из медной ленты марки ДПРНТ М103×300 (ГОСТ 1173-2006) [6] толщиной 0,3 мм, верхний и нижний капиллярно-пористые фитили и капиллярно-пористые столбики из медного порошка марки ПМС-1 (ГОСТ 4060-75) [7], причем толщина капиллярно-пористых фитилей составляла от 0,5 до 0,7 мм, а высота капиллярно-пористых столбиков от 1 до 1,5 мм.Their upper and lower metal plates were made of copper tape of the DPRNT M103 × 300 brand (GOST 1173-2006) [6] 0.3 mm thick, the upper and lower capillary-porous wicks and capillary-porous columns of PMS-1 copper powder (GOST 4060-75) [7], and the thickness of the capillary-porous wicks ranged from 0.5 to 0.7 mm, and the height of the capillary-porous columns from 1 to 1.5 mm.

Испытания проводились при температуре охлаждающей жидкости термостата 20°C, при различных тепловых мощностях, выделяемых нагревателем (от 0 до 150 Вт). Испытываемое изделие располагалось на ребре под углом 25° (фиг. 11) относительно горизонта. В качестве теплоносителя использовалась вода.The tests were carried out at a thermostat coolant temperature of 20 ° C, at various thermal powers emitted by the heater (from 0 to 150 W). The test product was located on the edge at an angle of 25 ° (Fig. 11) relative to the horizon. Water was used as a heat carrier.

Датчик температур Т1 устанавливался на подложку нагревателя, датчик Т2 устанавливался под холодильник тепловой трубы и измерял температуру испытуемой металлической тепловой трубы, датчик Т3 устанавливался на поверхность металлической тепловой трубы заявляемой конструкции с противоположной стороны от нагревателя.The temperature sensor T1 was installed on the heater substrate, the sensor T2 was installed under the heat pipe cooler and measured the temperature of the tested metal heat pipe, the sensor T3 was installed on the surface of the metal heat pipe of the claimed design from the opposite side of the heater.

Результаты для сравнения работы металлических тепловых труб плоского типа заявляемой конструкции приведены в таблице 1 «Сравнение характеристик металлических тепловых труб плоского типа заявляемой конструкции» (фиг. 12).The results for comparing the operation of metal heat pipes of a flat type of the claimed design are shown in table 1 "Comparison of the characteristics of metal heat pipes of a flat type of the claimed design" (Fig. 12).

Как видно из данных приведенных в таблице, чем больше площадь поперечного сечения жидкостных (теплоносительных) каналов, тем большую рабочую нагрузку выдерживает металлическая плоская тепловая труба заявляемой конструкции.As can be seen from the data given in the table, the larger the cross-sectional area of the liquid (heat-transferring) channels, the greater the working load can withstand the metal flat heat pipe of the claimed design.

Пространственная ячеистая структура заявляемой конструкции металлической тепловой трубы может содержать непрерывные капиллярно-пористые прямолинейные перемычки, количество которых может варьироваться и которые могут быть расположены вдоль площади трубы от мест повышенного локального нагрева к месту теплоотвода, что обеспечивает повышенные теплофизические характеристики при неравномерном нагреве по площади тепловой трубы и выравнивание общего температурного поля.The spatial cellular structure of the claimed design of a metal heat pipe may contain continuous capillary-porous rectilinear bridges, the number of which can vary and which can be located along the pipe area from the places of increased local heating to the place of heat removal, which provides increased thermophysical characteristics with uneven heating over the area of the heat pipe and equalization of the general temperature field.

Тепловые трубы заявляемой конструкции демонстрируют приближение к оптимальным соотношениям площади теплоносительных и паровых каналов при фиксированном значении характеристик пористой структуры пористых артерий теплоносителя и капиллярно-пористых столбиков.The heat pipes of the claimed design demonstrate an approximation to the optimal ratios of the area of the heat-carrying and steam channels with a fixed value of the characteristics of the porous structure of the porous arteries of the coolant and capillary-porous columns.

Повышение эффективной теплопроводности заявляемой конструкции тепловой трубы плоского типа при высоких удельных тепловых нагрузках обусловлена наличием в ее конструкции дополнительных фитилей для теплоносителя.The increase in effective thermal conductivity of the claimed design of a flat type heat pipe at high specific heat loads is due to the presence of additional wicks for the coolant in its design.

Металлическая тепловая труба плоского типа заявляемой конструкции работоспособна и в условиях, когда перенос рабочей жидкости осуществляется в направлении, противоположном действию силы тяжести.A metal heat pipe of a flat type of the claimed design is also operable under conditions when the transfer of the working fluid is carried out in the opposite direction to the action of gravity.

Кроме того, заявляемая конструкция металлической тепловой трубы плоского типа позволяет при применении, например, низкотемпературно кипящих теплоносителей обеспечить высокую прочность на разрыв от внутреннего давления.In addition, the inventive design of a metal heat pipe of a flat type allows the use, for example, of low-temperature boiling fluids to provide high tensile strength from internal pressure.

Применение тепловой трубы предлагаемой конструкции перспективно в летательных аппаратах, в том числе в космической технике.The use of the heat pipe of the proposed design is promising in aircraft, including in space technology.

Используемые источники.Used sources.

1. Авторское свидетельство СССР №1673824.1. USSR copyright certificate No. 1673824.

2. Патент РФ на изобретение №2457417.2. RF patent for the invention No. 2457417.

3. Патент США №8356657.3. US patent No. 8356657.

4. Патент США №9459050.4. US Patent No. 9459050.

5. Патент США №6293332.5. US patent No. 6293332.

6. ГОСТ 1173-2006 «Фольга, ленты, листы и плиты медные. Технические условия».6. GOST 1173-2006 “Foil, tapes, sheets and plates of copper. Technical conditions. "

7. ГОСТ 4960-2009 «Порошок медный электролитический. Технические условия».7. GOST 4960-2009 “Electrolytic copper powder. Technical conditions. "

Claims (8)

1. Металлическая тепловая труба плоского типа, включающая корпус с испарительной, транспортной и конденсаторной зонами, систему подвода теплоносителя, капиллярно-пористый фитиль, сформированный на внутренней поверхности противоположных стенок корпуса с образованием зазора в центральной его части, в которой размещена система пароотводных каналов, отличающаяся тем, что подвод теплоносителя в зону испарения тепловой трубы осуществляется за счет системы пористых каналов для теплоносителя, состоящих из верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей на внутренних поверхностях корпуса и расположенных между ними рядов капиллярно-пористых столбиков произвольного сечения, а система пароотводных каналов представляет собой пространственную ячеистую структуру образованную между наружными поверхностями верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей поверхностей корпуса и стенками капиллярно-пористых столбиков, причем соотношение теплоносительного объема тепловой трубы и парового объема находится в диапазоне от 0,5:1 до 4,0:1.1. A metal heat pipe of a flat type, including a housing with an evaporation, transport and condenser zones, a coolant supply system, a capillary-porous wick formed on the inner surface of the opposite walls of the housing with the formation of a gap in its central part, in which a system of steam drainage channels is located, characterized the fact that the coolant is supplied to the evaporation zone of the heat pipe through a system of porous channels for the coolant, consisting of upper and lower capillary-por wicks on the inner surfaces of the casing and rows of capillary-porous columns of arbitrary cross-section located between them, and the system of steam drainage channels is a spatial cellular structure formed between the outer surfaces of the upper and lower capillary-porous wicks of the casing surfaces and the walls of the capillary-porous columns, and the volume of the heat pipe and the steam volume is in the range from 0.5: 1 to 4.0: 1. 2. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что капиллярно-пористые столбики в сечении выполнены круглыми.2. A metal heat pipe of a flat type according to claim 1, characterized in that the capillary-porous columns in the cross section are made round. 3. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что капиллярно-пористые столбики в сечении выполнены овальными.3. A flat type metal heat pipe according to claim 1, characterized in that the capillary-porous columns in the section are oval. 4. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренних поверхностях корпуса выполнены каналы-артерии для теплоносителя.4. A metal heat pipe of a flat type according to claim 1, characterized in that on the inner surfaces of the body channels-arteries are made for the coolant. 5. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что с внутренней стороны верхнего и нижнего капиллярно-пористых фитилей, прилегающих к внутренним поверхностям корпуса, выполнены пароотводные каналы между рядами капиллярно-пористых столбиков.5. A metal heat pipe of a flat type according to claim 1, characterized in that on the inner side of the upper and lower capillary-porous wicks adjacent to the inner surfaces of the casing, vapor channels are made between rows of capillary-porous columns. 6. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что между верхним и нижним капиллярно-пористыми фитилями поверхностей корпуса выполнены артерии для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек, чередующихся с капиллярно-пористыми столбиками.6. A flat type metal heat pipe according to claim 1, characterized in that between the upper and lower capillary-porous wicks of the housing surfaces arteries are made for the coolant in the form of capillary-porous rectilinear bridges alternating with capillary-porous columns. 7. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренних поверхностях корпуса выполнены каналы-артерии для теплоносителя, а между верхним и нижним капиллярно-пористыми фитилями выполнены артерии для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек, чередующихся с капиллярно-пористыми столбиками.7. A metal heat pipe of a flat type according to claim 1, characterized in that on the inner surfaces of the housing there are made artery channels for the coolant, and arteries for the coolant are made in the form of capillary-porous rectilinear bridges alternating with upper and lower capillary-porous wicks capillary-porous columns. 8. Металлическая тепловая труба плоского типа по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренних поверхностях корпуса выполнены каналы-артерии для теплоносителя, между верхним и нижним капиллярно-пористыми фитилями выполнены артерии для теплоносителя в виде капиллярно-пористых прямолинейных перемычек, чередующихся с капиллярно-пористыми столбиками, а с внутренней стороны верхнего и нижнего фитилей, прилегающих к внутренним поверхностям корпуса, выполнены пароотводные каналы между рядами капиллярно-пористых столбиков и капиллярно-пористых прямолинейных перемычек.8. A metal heat pipe of a flat type according to claim 1, characterized in that on the inner surfaces of the casing the artery channels are made for the coolant, arteries for the coolant are made in the form of capillary-porous straight bridges alternating with capillary between the upper and lower capillary-porous wicks -porous columns, and on the inner side of the upper and lower wicks adjacent to the inner surfaces of the body, vapor channels are made between rows of capillary-porous columns and capillary-porous rectilinear jumpers.
RU2018101581A 2018-01-16 2018-01-16 Metal thermal heat flow pipe RU2699116C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101581A RU2699116C2 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Metal thermal heat flow pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101581A RU2699116C2 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Metal thermal heat flow pipe

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018101581A RU2018101581A (en) 2019-07-16
RU2018101581A3 RU2018101581A3 (en) 2019-07-17
RU2699116C2 true RU2699116C2 (en) 2019-09-03

Family

ID=67308292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101581A RU2699116C2 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Metal thermal heat flow pipe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699116C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809233C1 (en) * 2023-04-24 2023-12-08 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Supporting structure of radio-electronic equipment with built-in heat pipes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6293332B2 (en) * 1999-03-31 2001-09-25 Jia Hao Li Structure of a super-thin heat plate
RU2457417C1 (en) * 2010-11-22 2012-07-27 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Metal heat pipe of flat type
US8356657B2 (en) * 2007-12-19 2013-01-22 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Heat pipe system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6293332B2 (en) * 1999-03-31 2001-09-25 Jia Hao Li Structure of a super-thin heat plate
US8356657B2 (en) * 2007-12-19 2013-01-22 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Heat pipe system
RU2457417C1 (en) * 2010-11-22 2012-07-27 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Metal heat pipe of flat type

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809233C1 (en) * 2023-04-24 2023-12-08 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Supporting structure of radio-electronic equipment with built-in heat pipes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018101581A (en) 2019-07-16
RU2018101581A3 (en) 2019-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wadley et al. Thermal applications of cellular lattice structures
US6863117B2 (en) Capillary evaporator
US7775261B2 (en) Capillary condenser/evaporator
Tian et al. Cross flow heat exchange of textile cellular metal core sandwich panels
US7726384B2 (en) Heat pipe
Tian et al. The effects of topology upon fluid-flow and heat-transfer within cellular copper structures
US3598180A (en) Heat transfer surface structure
US3587730A (en) Heat exchange system with porous boiling layer
US5628363A (en) Composite continuous sheet fin heat exchanger
JP6597892B2 (en) Loop heat pipe, manufacturing method thereof, and electronic device
US5519946A (en) Freeze dryer shelf
JP6688863B2 (en) Cooling device and cooling system using the cooling device
US6241008B1 (en) Capillary evaporator
US11480398B2 (en) Combining complex flow manifold with three dimensional woven lattices as a thermal management unit
Liu et al. Vapor chamber with two-layer liquid supply evaporator wick for high-heat-flux devices
US20110174466A1 (en) Flat heat pipe
Jung et al. Experimental observation of thermal behavior of a loop heat pipe with a bypass line under high heat flux
Deng et al. Fabrication and thermal performance of a novel roll-bond flat thermosyphon
Li Design and preliminary experiments of a novel heat pipe using a spiral coil as capillary wick
RU2699116C2 (en) Metal thermal heat flow pipe
CN213304112U (en) Micro-channel radiator based on porous medium
RU2457417C1 (en) Metal heat pipe of flat type
CN108917444A (en) A kind of flexible flat heat pipe structure
Serdyukov et al. Heat Transfer Enhancement during Pool Water Boiling Using 3D Printed Capillary-Porous Coatings
US20200329584A1 (en) Heat exchanger with integrated two-phase heat spreader