RU2700811C1 - Heat-pipe nesting formation - Google Patents
Heat-pipe nesting formation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700811C1 RU2700811C1 RU2018141654A RU2018141654A RU2700811C1 RU 2700811 C1 RU2700811 C1 RU 2700811C1 RU 2018141654 A RU2018141654 A RU 2018141654A RU 2018141654 A RU2018141654 A RU 2018141654A RU 2700811 C1 RU2700811 C1 RU 2700811C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat pipe
- diameter
- pipe
- peripheral ring
- Prior art date
Links
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
- F28D15/04—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 tubes having a capillary structure
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для транспортировки тепловой энергии по тепловым трубам.The present invention relates to power engineering and can be used for transporting thermal energy through heat pipes.
Известна тепловая труба космического аппарата, содержащая корпус, имеющий испарительный, транспортный и конденсационный участки, причем фитиль тепловой трубы выполнен в виде продольных канавок на внутренней поверхности корпуса, а доза теплоносителя, заправленного во внутреннюю полость корпуса, выбрана из условия, учитывающего возможные ежегодные утечки теплоносителя из внутренней полости корпуса и погрешность заправки. Кроме того, это условие учитывает максимальное и минимальное значения доз теплоносителя при перепаде температур между участками испарения и конденсации ТТ, не превышающем минимально допустимого. [Патент РФ №2353881, МПК F28D 15/04, B64G 1/50, 2009].A heat pipe of a spacecraft is known, comprising a housing having evaporation, transport and condensation sections, the wick of the heat pipe being made in the form of longitudinal grooves on the inner surface of the hull, and the dose of coolant tucked into the inner cavity of the hull is selected from a condition that takes into account possible annual coolant leaks from the internal cavity of the housing and the error of refueling. In addition, this condition takes into account the maximum and minimum values of the doses of the coolant at a temperature difference between the areas of evaporation and condensation of the TT, not exceeding the minimum allowable. [RF patent No. 2353881, IPC F28D 15/04,
К основным недостаткам известной тепловой трубы космического аппарата относятся малое расстояние передачи тепловой энергии от источника к потребителю, ограниченное длиной трубы, выполнение транспортного участка в виде продольных канавок на внутренней поверхности трубы и непосредственный контакт пара с конденсатом в канавках, что снижает эффективность известного устройства.The main disadvantages of the known heat pipe of the spacecraft include the small distance of the transfer of thermal energy from the source to the consumer, limited by the length of the pipe, the execution of the transport section in the form of longitudinal grooves on the inner surface of the pipe and direct contact of steam with condensate in the grooves, which reduces the effectiveness of the known device.
Более близкой к предлагаемому изобретению является тепловая труба, содержащая, обогреваемый в зоне испарения и охлаждаемый в зоне конденсации герметичный корпус, внутри которого у внутренней стенки корпуса установлена капиллярная структура, по крайней мере, часть которой в исходном состоянии заполнена рабочим телом [Патент РФ №2208209, МПК F28D 15/04, 2003].Closer to the proposed invention is a heat pipe containing a sealed housing heated in the evaporation zone and cooled in the condensation zone, inside which a capillary structure is installed at the inner wall of the housing, at least part of which is filled with a working fluid in the initial state [RF Patent No. 2208209 IPC F28D 15/04, 2003].
К основным недостаткам известной тепловой трубы относятся малое расстояние передачи тепловой энергии от источника к потребителю, ограниченное длиной трубы и непосредственный контакт пара с фитилем по всей длине транспортного участка, что снижает эффективность известного устройства.The main disadvantages of the known heat pipe include the small distance of the transfer of thermal energy from the source to the consumer, limited by the length of the pipe and direct contact of the steam with the wick along the entire length of the transport section, which reduces the efficiency of the known device.
Задача, решаемая изобретением, является повышение эффективности теплотрубной матрешки.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of heatpipe dolls.
Технический результат достигается тем, что теплотрубная матрешка включает в себя n тепловых труб, вставленных друг в друга, каждая из которых состоит из цилиндрического корпуса, заглушенного с одного торца стенкой и прикрытого с другого торца периферийным кольцом, внутренняя поверхность корпуса каждой тепловой трубы покрыта слоем фитиля, частично заполненного рабочей жидкостью, покрытого, в свою очередь, цилиндрической обечайкой, диаметром меньшим, чем наружный диаметр периферийного кольца, на величину 2Δ1 с созданием у торцов кольцевых зазоров шириной Δ2 каждый, образуя испарительный, транспортный и конденсационный участки, причем торцевые стенки всех тепловых труб размешены на расстоянии Δ3 друг от друга, несколько большим, чем Δ2, каждая тепловая труба имеет одинаковую длину, диаметр наружных стенок меньше диаметра обечайки предыдущей теплой трубы на величину 2Δ1, причем последняя тепловая труба вместо периферийного кольца закрыта глухой торцевой стенкой, а открытый торец цилиндрического корпуса первой тепловой трубы снабжен откидной крышкой, закрывающей его в сложенном состоянии.The technical result is achieved by the fact that the heat pipe matryoshka includes n heat pipes inserted into each other, each of which consists of a cylindrical body, muffled from one end by a wall and covered with a peripheral ring from the other end, the inner surface of the body of each heat pipe is covered with a wick layer partially filled with hydraulic fluid, coated in turn, a cylindrical sidewall with a diameter less than the outer diameter of the peripheral ring by an amount 2Δ 1 with the establishment at the annular end faces width Δ 2 clearances each forming vaporisation, transport and condensing portions, wherein the end walls of the heat pipes that serves distance Δ 3 from each other somewhat greater than Δ 2, each heat pipe having the same length, the diameter of the outer walls is less than the diameter of the sleeve of the previous warm tube by an amount 2Δ 1, the latter instead of the heat pipe peripheral ring closed hollow endwall and the open end of the cylindrical body of the first heat pipe is provided with a hinged lid covering it with a dix condition.
В основе работы предлагаемой теплотрубной матрешки лежит высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, обусловленная высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации [А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, с. 146], которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты), покрытых изнутри фитилем и частично заполненных рабочей жидкостью-переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты, хладоны, жидкие металлы т. д. При этом, в зависимости от конструкции, тепловая труба при передаче теплоты позволяет увеличивать или уменьшать плотность передаваемого теплового потока [В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с. 106].The basis of the proposed heat pipe matryoshka is a high efficiency of heat transfer in heat pipes, due to the high values of the heat transfer coefficient in the processes of evaporation and condensation [A.N. Planovsky, P.I. Nikolaev. Processes and devices of chemical and petrochemical technology. - M.: Chemistry, 1987, p. 146], which are divided into three sections: the evaporation zone (heat supply), the adiabatic zone (heat transfer) and the condensation zone (heat removal), coated internally with a wick and partially filled with a working heat transfer fluid, which is used as water, alcohols, freons, liquid metals, etc. Moreover, depending on the design, the heat pipe during heat transfer allows you to increase or decrease the density of the transmitted heat flux [V.V. Kharitonov et al. Secondary heat and energy resources and environmental protection. - Minsk: Ab. School, 1988, p. 106].
На фиг. 1 представлен общий вид теплотрубной матрешки (ТТМ), на фиг. (2-7) - основные узлы и разрез ТТМ, на фиг. 8, 9 - развернутая (рабочее состояние) ТТМ при работе в двух режимах: 1) увеличенная плотность теплового потока; 2) уменьшенная плотность теплового потока.In FIG. 1 shows a general view of a heatpipe matryoshka (TTM), FIG. (2-7) - the main nodes and the TTM section, in FIG. 8, 9 - deployed (operational state) of the ТТМ when operating in two modes: 1) increased heat flux density; 2) reduced heat flux density.
Теплотрубная матрешка (ТТМ) включает n тепловых труб, вставленных друг в друга, наружная (первая) тепловая труба, состоит из цилиндрического корпуса 11, заглушенного с одного торца стенкой 21 и прикрытого с другого торца периферийным кольцом 31, внутренняя поверхность корпуса 11 покрыта слоем фитиля 41, частично заполненного рабочей жидкостью, покрытого, в свою очередь, цилиндрической обечайкой 51, диаметром меньшим, чем наружный диаметр периферийного кольца 31, на величину 2Δ1 с созданием у торцов кольцевых зазоров 61, 71 шириной Δ2 каждый, образуя испарительный 81, транспортный 91 и конденсационный 101 участки первой тепловой трубы, внутрь цилиндрической обечайки 51 на расстоянии Δ3 от торцевых стенок 2i несколько большим, чем Δ2 помещены последующие тепловые трубы ТТМ, устроенные аналогично I-й ступени, одинаковой длины, но меньших диаметром, диаметр наружных стенок 2i которых меньше диаметра обечайки 5i на величину 2Δ1, причем n-я (последняя) тепловая труба вместо периферийного кольца 3i закрыта глухой торцевой стенкой 11, а открытый торец цилиндрического корпуса 11 первой тепловой трубы ТТМ снабжен откидной крышкой 12, закрывающей его в нерабочем (сложенном) состоянии.The heatpipe matryoshka (TTM) includes n heat pipes inserted into each other, the outer (first) heat pipe consists of a
ТТМ работает следующим образом. Предварительно, перед началом работы из полостей n тепловых труб ТТМ (n - количество тепловых труб, зависит от рода тепловой жидкости, требуемой плотности теплового потока и расстояния, на которое требуется передать тепло) удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред и расстояния, на которое нужно передать тепло (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг. 1-9 не показаны), в количестве достаточном для заполнения объема пор фитилей 4i. При передаче повышенной плотности теплового потока (фиг. 8) корпус 11 ТТМ устанавливают по направлению передачи требуемой плотности теплового потока таким образом, чтобы торцевая стенка 21 контактировала с горячей средой (источником тепла), а торцевая стенка 10 n-й тепловой трубы контактировала с холодной средой (потребителем), после чего откидывают крышку 12.TTM works as follows. Previously, before starting work, from the cavities n of the TTM heat pipes (n is the number of heat pipes depends on the type of heat fluid, the required heat flux density and the distance over which heat must be transferred), air is removed and the working fluid is pumped, which is selected depending on the temperature the potential of cold and hot media and the distance over which heat must be transferred (nozzles for removing air and supplying working fluid are not shown in Figs. 1–9) in an amount sufficient to fill the pore volume of
В результате нагрева поверхности стенки 21, на ее противоположной поверхности происходит испарение рабочей жидкости, поступающей из фитиля 41 и в полости между ней и стенкой 22 собирается пар, температура и давление которого повышаются до величин t1 и Р1, после чего, в результате воздействия этого давления и температуры на поверхность стенки 22, которая одновременно нагревается, 2-я тепловая труба начинает двигаться подобно поршню в цилиндре, который образует цилиндрическая обечайка 51, до периферийного кольца 31 к кромке которого прижимаются кромки стенки 22. По окончании движения 2-й тепловой трубы на поверхности стенки 22 происходит испарение рабочей жидкости, поступающей из фитиля 42 и в полости между ней и стенкой 23 собирается пар, температура которого повышается до t1, а давление повышается до величины Р2, после чего, в результате воздействия этих температуры и давления на поверхность стенки 23, которая одновременно нагревается, начинает перемещаться 3-я тепловая труба, в которой происходят процессы аналогичные вышеописанному. Последняя, n-я тепловая труба при перемещении до конца, в отличие от предыдущих тепловых труб, наружной поверхностью стенки 2n контактирует непосредственно с холодной средой (потребителем тепла), передавая ей тепло повышенной плотности теплового потока (превышение плотности теплового потока можно приближенно оценить, отношением площадей 21/2n). При этом, в результате механических и тепловых потерь при испарении и транспортировке рабочей жидкости, сжатие и транспортировке пара и его конденсации, величина конечных температуры и давления пара tn и Pn в последней n-й тепловой трубе меньше чем в первой (температуры и давления в тепловых трубах зависят от температуры источника теплоты, потребностей потребителя, характера рабочей жидкости и определяются расчетно-экспериментальным путем).As a result of heating the surface of the
При передаче пониженной плотности теплового потока (фиг. 9) корпус 11 ТТМ устанавливают по направлению передачи требуемой плотности теплового потока таким образом, чтобы торцевая стенка 21 контактировала с холодной средой (потребителем), а торцевая стенка 10 n-й тепловой трубы контактировала с горячей средой (источником тепла), после чего откидывают крышку 12.When transmitting the reduced heat flux (FIG. 9) housing 1 January TTM adjusted in the direction of transmission the required heat flux density so that the end wall January 2 in contact with the cold medium (sink), and the end wall 10 of n-th heat pipe in contact with hot medium (heat source), after which the
В результате нагрева поверхности стенки 11 на ее противоположной поверхности происходит испарение рабочей жидкости, поступающей из фитиля 4n и в полости n-й тепловой трубы собирается пар, температура которого повышается до tn, а давление повышается до величины Pn, после чего, в результате воздействия этого давления и температуры на поверхность стенки 2n, которая одновременно нагревается, начинает двигаться (n-1)-я тепловая труба подобно поршню в цилиндре, который образует цилиндрическая обечайка 5(n-2), упираясь кромкой периферийного кольца 3(n-1) к кромке стенки 22. По окончании движения (n-1)-й тепловой трубы на поверхности стенки 2n-2 происходит испарение рабочей жидкости, поступающей из фитиля 42 и в полости между ней и стенкой 2n-3 собирается пар, температура и давление которого повышаются и дальнейшие процессы происходят аналогично вышеописанному, в результате чего в первой тепловой трубе температура и давление пара повышаются до t1. Последняя, в данном случае, первая тепловая труба при перемещении до конца, в отличие от предыдущих тепловых труб, наружной поверхностью стенки 21 контактирует непосредственно с холодной средой (потребителем тепла), передавая ей тепло пониженной плотности теплового потока (понижение плотности теплового потока можно приближенно оценить, отношением площадей 2n/21).As a result of heating the surface of the
При этом, в результате механических и тепловых потерь при испарении и транспортировке рабочей жидкости, сжатии и транспортировки пара и его конденсации, величина конечных температуры и давления пара t1 и Р1 в последней (первой) тепловой трубе меньше чем в n-й тепловой трубе (температуры и давления в тепловых трубах зависят от температуры источника теплоты, потребностей потребителя, рабочей жидкости и определяются расчетно-экспериментальным путем). В зависимости от параметров источника тепла и требуемых характеристик тепла для потребителя в тепловых трубах ТТМ могут использоваться разные рабочие жидкости.Moreover, as a result of mechanical and heat losses during evaporation and transportation of the working fluid, compression and transportation of steam and its condensation, the final temperature and vapor pressure t 1 and P 1 in the last (first) heat pipe are less than in the nth heat pipe (the temperatures and pressures in the heat pipes depend on the temperature of the heat source, the needs of the consumer, the working fluid and are determined by calculation and experimental means). Depending on the parameters of the heat source and the required heat characteristics for the consumer, different working fluids can be used in the heat pipes of the ТТМ.
Таким образом, предлагаемая теплотрубная матрешка обеспечивает надежное и эффективное перемещение тепловой энергии на расстояние, значительно превышающее длину одной тепловой трубы с одновременным изменением плотности теплового потока.Thus, the proposed heat pipe matryoshka provides reliable and efficient movement of thermal energy over a distance significantly exceeding the length of one heat pipe with a simultaneous change in the density of the heat flux.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141654A RU2700811C1 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Heat-pipe nesting formation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141654A RU2700811C1 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Heat-pipe nesting formation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700811C1 true RU2700811C1 (en) | 2019-09-23 |
Family
ID=68063139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018141654A RU2700811C1 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Heat-pipe nesting formation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700811C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718092C2 (en) * | 2019-09-27 | 2020-03-30 | Эрнест Вачикович Агаджанов | Electric modular heater with concentric arrangement of sections |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1590920A2 (en) * | 1987-07-07 | 1990-09-07 | Gruzinsk Polt Inst | Heat-exchanger |
RU2293930C2 (en) * | 2005-05-13 | 2007-02-20 | Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | Heating device for heating system |
CN201772794U (en) * | 2010-09-01 | 2011-03-23 | 吴育林 | Heat pipe |
CN106499878A (en) * | 2016-11-04 | 2017-03-15 | 天津兴科启智科技发展有限公司 | A kind of scalable heat pipe |
-
2018
- 2018-11-27 RU RU2018141654A patent/RU2700811C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1590920A2 (en) * | 1987-07-07 | 1990-09-07 | Gruzinsk Polt Inst | Heat-exchanger |
RU2293930C2 (en) * | 2005-05-13 | 2007-02-20 | Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | Heating device for heating system |
CN201772794U (en) * | 2010-09-01 | 2011-03-23 | 吴育林 | Heat pipe |
CN106499878A (en) * | 2016-11-04 | 2017-03-15 | 天津兴科启智科技发展有限公司 | A kind of scalable heat pipe |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718092C2 (en) * | 2019-09-27 | 2020-03-30 | Эрнест Вачикович Агаджанов | Electric modular heater with concentric arrangement of sections |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6647223B2 (en) | Thermal storage container and thermal storage device provided with thermal storage container | |
GB2317222A (en) | Heat pipe heat exchanger for subsea pipelines | |
RU2700811C1 (en) | Heat-pipe nesting formation | |
KR101097390B1 (en) | Heat pipe with double pipe structure | |
JPS57118279A (en) | Fixing device | |
JP2001207163A (en) | Heat storage tank and heat storage apparatus using the same | |
EP1936312A3 (en) | Vapor cooled heat exchanger | |
US3670495A (en) | Closed cycle vapor engine | |
JP4810997B2 (en) | Heat pipe and manufacturing method thereof | |
BE1006285A3 (en) | Back-up condensation method and device in an energy system | |
US3994336A (en) | Transformer for heat pipes | |
KR100550466B1 (en) | Heating roll using heatpipe mode | |
CA1264443A (en) | System for separating oil-water emulsion | |
SU800577A1 (en) | Heat pipe | |
CN214199798U (en) | Internal heat transfer type radial heat pipe | |
RU2222757C2 (en) | Heat pipe | |
SU1760296A1 (en) | Heat transfer device | |
KR100500190B1 (en) | Cooling roll using heatpipe mode | |
TW201104202A (en) | Loop heat pipe | |
SU805046A1 (en) | Heating pipe | |
JP2010133608A (en) | Ground heat exchanger and air conditioning system | |
RU2219455C2 (en) | Thermal tube | |
JPS5627891A (en) | Radiator | |
RU2564483C2 (en) | Multiple heat-pipe steam-turbine plant with capillary condenser | |
SU1726959A1 (en) | Thermal tube |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201128 |