RU2704570C1 - Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences - Google Patents
Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704570C1 RU2704570C1 RU2018131111A RU2018131111A RU2704570C1 RU 2704570 C1 RU2704570 C1 RU 2704570C1 RU 2018131111 A RU2018131111 A RU 2018131111A RU 2018131111 A RU2018131111 A RU 2018131111A RU 2704570 C1 RU2704570 C1 RU 2704570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- contour
- mine
- over long
- thermoelectric battery
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к теплотехнике, в частности к системам обеспечения теплового режима на основе контурных тепловых труб.The technical solution relates to heat engineering, in particular to systems for providing thermal conditions based on contour heat pipes.
В ряде случаев необходимо обеспечивать тепловой режим длительно функционирующей в наземных условиях аппаратуры с незначительным тепловыделением. При этом решается задача передачи избыточного тепла на большие расстояния при малом температурном перепаде между источником тепловой нагрузки и охладителем.In some cases, it is necessary to ensure the thermal regime of equipment operating for a long time under ground conditions with insignificant heat release. This solves the problem of transferring excess heat over long distances with a small temperature difference between the source of thermal load and the cooler.
Известна тепловая трубка по авторскому свидетельству №389364, 1973, F25B 19/04, F25D 7/00, содержащая герметичный корпус с капиллярно-пористым наполнителем на его внутренней поверхности, разделенный поперечными перегородками выполненных в виде термоэлектрических батарей на заполненные рабочем телом отсеки с зонами конденсации и испарения. Данное устройство способно передавать тепло на большие расстояния при малых температурных перепадах, однако имеет недостатки:Known heat pipe according to copyright certificate No. 389364, 1973, F25B 19/04,
в конструкции реализовано сопряжение потоков теплоносителя в жидкой и парообразной фазах в рабочем цикле трубки. Это, а также большая длина капиллярного участка, создают большие гидравлические потери и ограничивают длину отсеков трубки. Небольшая длина отсеков приводит к увеличению их количества и использованию большого числа термоэлектрических батарей, что значительно усложняет устройство, уменьшает его надежность, увеличивает массу и приводит к большим дополнительным энергетическим затратам;the design implements the coupling of the coolant flows in the liquid and vapor phases in the working cycle of the tube. This, as well as the large length of the capillary section, create large hydraulic losses and limit the length of the tube compartments. The small length of the compartments leads to an increase in their number and the use of a large number of thermoelectric batteries, which greatly complicates the device, reduces its reliability, increases mass and leads to large additional energy costs;
устройство выполнено в едином корпусе, что усложняет как сборку самой трубки, так и ее монтаж на охлаждаемый объект;the device is made in a single housing, which complicates both the assembly of the tube itself and its installation on a cooled object;
тепловая трубка контактирует с охлаждаемым объектом непосредственно горячим концом, что увеличивает температурный перепад между охлаждаемым объектом и охладителем, а также значительно усложняет регулирование передаваемого теплового потока от охлаждаемого объекта (при переменной тепловой нагрузке) к охладителю, что не позволяет поддерживать температуру объекта в узком диапазоне;the heat pipe contacts the object to be cooled directly with the hot end, which increases the temperature difference between the object to be cooled and the cooler, and also significantly complicates the regulation of the transferred heat flux from the object being cooled (with a variable heat load) to the cooler, which does not allow maintaining the object temperature in a narrow range;
известная тепловая трубка функционирует в невесомости и в поле сил тяжести только в горизонтальном положении и при небольшом превышении зоны конденсации над зоной испарения.the known heat pipe functions in zero gravity and in the field of gravity only in a horizontal position and with a slight excess of the condensation zone over the evaporation zone.
Задачей настоящего технического решения является устранение указанных недостатков.The objective of this technical solution is to eliminate these disadvantages.
Технический результат заключается в создании простого устройства, обеспечивающего надежную передачу тепла с малыми гидравлическими потерями и энергетическими затратами на большие расстояния при малых температурных перепадах при любой его ориентации в поле сил тяжести.The technical result consists in the creation of a simple device that provides reliable heat transfer with low hydraulic losses and energy costs over long distances at low temperature differences for any orientation in the field of gravity.
Технический результат достигнут тем, что в устройстве для передачи тепла на большие расстояния при малых температурных перепадах, содержащем тепловые трубы и термоэлектрическую батарею, тепловые трубы выполнены контурными, коммутационная пластина холодного спая термоэлектрической батареи сопряжена с охлаждаемым объектом, а коммутационная пластина горячего спая закреплена с испарителем первой (ближней к охлаждаемому объекту) контурной тепловой трубы, при этом испаритель каждой последующей из соединенных между собой последовательно контурных тепловых труб сопряжен с конденсатором предыдущей, а конденсатор последней тепловой трубы находится в теплообмене с окружающей его средой.The technical result is achieved in that in a device for transmitting heat over long distances at small temperature differences, containing heat pipes and a thermoelectric battery, the heat pipes are made contour, the connection plate of the cold junction of the thermoelectric battery is paired with the cooled object, and the connection plate of the hot junction is fixed to the evaporator the first (closest to the cooled object) contour heat pipe, while the evaporator of each subsequent connected in series loop heat pipes are connected to the previous condenser, and the condenser of the last heat pipe is in heat exchange with its environment.
В качестве теплопередающих агрегатов в предложенном устройстве используются контурные тепловые трубы (КТТ), являющиеся герметичными двухфазными теплопередающими устройствами, обладающими сверхнизким термическим сопротивлением и работающими по замкнутому испарительно-конденсационному циклу с использованием «капиллярного механизма» для прокачки теплоносителя. Конструктивно КТТ состоит из испарителя и конденсатора, соединенных транспортными линиями - паропроводом и конденсаторпроводом. Контурные тепловые трубы обладают всеми основными достоинствами обычных тепловых труб. Дополнительно, благодаря разделению потоков теплоносителя в жидкой и парообразной фазах, они способны эффективно передавать тепло на расстояние до нескольких метров при любой ориентации в гравитационном поле и до нескольких десятков метров - в горизонтальном положении или в невесомости.As the heat transfer units in the proposed device, loop heat pipes (CTT) are used, which are sealed two-phase heat transfer devices having ultra-low thermal resistance and operating in a closed evaporation-condensation cycle using a “capillary mechanism” for pumping the coolant. Structurally, the KTT consists of an evaporator and a condenser connected by transport lines - a steam pipe and a condenser pipe. Contour heat pipes have all the main advantages of conventional heat pipes. Additionally, due to the separation of the coolant flows in the liquid and vapor phases, they are able to effectively transfer heat to a distance of several meters for any orientation in the gravitational field and up to several tens of meters - in a horizontal position or in zero gravity.
Расположение термоэлектрической батареи в предложенном устройстве, когда холодная сторона батареи сопряжена с охлаждаемой поверхностью, а горячая - с испарителем первой контурной тепловой трубы, позволяет с одной стороны поддерживать постоянную температуру на охлаждаемой поверхности, а с другой - искусственно создать требуемый для работы КТТ перепад температур между испарителем первой и конденсатором последней КТТ.The location of the thermoelectric battery in the proposed device, when the cold side of the battery is paired with the cooled surface, and the hot side with the evaporator of the first contour heat pipe, allows you to maintain a constant temperature on the cooled surface on the one hand, and artificially create the temperature difference required for CTT operation between the first evaporator and the last condenser CTT.
Поддержание постоянной температуры на охлаждаемой поверхности, т.е. термостабилизация, может быть реализована путем изменения, проходящего через термоэлектрическую батарею электрического тока.Maintaining a constant temperature on the cooled surface, i.e. thermal stabilization, can be realized by a change passing through a thermoelectric battery of electric current.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором схематически изображено предложенное устройство для передачи тепла на большие расстояния при малых температурных перепадах. Устройство отводит тепло от прибора, расположенного, например, в шахтном сооружении.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which schematically depicts the proposed device for heat transfer over long distances at small temperature differences. The device removes heat from a device located, for example, in a mine structure.
На чертеже введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawing:
1 - охлаждаемый прибор;1 - cooled device;
2 - термоэлектрическая батарея;2 - thermoelectric battery;
3 - коммутационная пластина «холодного» спая;3 - patch plate of the "cold" junction;
4 - коммутационная пластина «горячего» спая;4 - patch plate "hot" junction;
5 - КТТ;5 - CTT;
6 - испаритель КТТ;6 - KTT evaporator;
7 - конденсатор КТТ;7 - CTT capacitor;
8 - паропровод;8 - steam line;
9 - конденсатопровод;9 - condensate line;
10 - конденсатор последней КТТ;10 - capacitor of the last CTT;
11 - шахтное сооружение.11 - mine construction.
Температура окружающей среды - воздуха в шахтном сооружении уменьшается с его глубиной, при этом перепад, как правило, незначительный и не превышает нескольких градусов.The ambient temperature - air in the mine structure decreases with its depth, while the differential, as a rule, is insignificant and does not exceed several degrees.
Предложенное устройство осуществляет передачу тепла от охлаждаемого прибора 1, размещенного в верхней части шахтного сооружения с повышенной температурой, к конденсатору последней КТТ 10, находящегося в нижней части шахты с пониженной температурой.The proposed device transfers heat from the cooled
Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
На охлаждаемую поверхность прибора 1 устанавливается термоэлектрическая батарея 2 коммутационной пластиной холодного спая 3. К коммутационной пластине горячего спая 4 крепится испаритель первой КТТ 6, а к конденсатору КТТ 7 испаритель второй КТТ. Далее КТТ соединяются последовательно друг с другом. Конденсатор КТТ 10 является последним в теплопередающей цепи.A
Избыточный тепловой поток прибора 1 кондуктивным способом передается на коммутационную пластину холодного спая 3. Термоэлектрическая батарея 2, работая в качестве теплового насоса, обеспечивает одновременно как требуемую температуру посадочного места прибора 1, так и необходимый для работы КТТ 5 перепад температур между испарителем и конденсатором. В результате посадочное место прибора охлаждается, а испаритель первой КТТ нагревается. Далее тепловой поток согласно рабочему циклу КТТ передается на конденсатор КТТ, откуда кондуктивным способом передается на испаритель следующей КТТ. Для обеспечения плотного теплового контакта сопрягающихся испарителя и конденсатора могут быть использованы теплопроводящие материалы (прокладки, пасты), крепеж и подпружиненные элементы конструкции. Таким образом, тепловой поток последовательно передается от одной КТТ к другой, до конденсатора 10, который находится в теплообмене конвекцией и излучением с воздухом и стенками шахты.The excess heat flux of the
Следует отметить следующее важное обстоятельство: включение нескольких последовательно сопряженных КТТ в новом устройстве для передачи тепла предпочтительно при некоторых конструктивных особенностях и ограничениях, например, при необходимости осуществлять передачу тепла через несколько герметичных отсеков или в случае отсутствия возможности размещения одной КТТ одновременно в нескольких соседних отсеках. При этом в каждом отсеке устанавливается одна КТТ, а контакт между ними осуществляется сопряжением испарителя каждой последующей из соединенных между собой контурных тепловых труб с конденсатором предыдущей.The following important circumstance should be noted: the inclusion of several consecutively combined heat exchangers in a new heat transfer device is preferable under certain design features and limitations, for example, if it is necessary to transfer heat through several pressurized compartments or if it is not possible to place one heat exchanger in several neighboring compartments. At the same time, one CTT is installed in each compartment, and the contact between them is carried out by pairing the evaporator of each of the next connected loop heat pipes with the previous condenser.
Представленное в качестве примера новое устройство передачи тепла с использованием нескольких контурных тепловых труб может работать при общей длине КТТ от нескольких метров до нескольких десятков метров при любом расположении в поле сил тяжести.An exemplary new heat transfer device using several loop heat pipes can operate with a total heat transfer length of several meters to several tens of meters at any location in the field of gravity.
По сравнению с аналогом: в горизонтальном положении новое устройство функционирует с одной КТТ на расстоянии нескольких метров, а известное - с тремя и более. В вертикальном положении, при работе против сил тяжести аналог не работоспособен в отличие от предложенного изобретения. Кроме того, в предложенном устройстве используется одна термоэлектрическая батарея, а в известном - несколько, что в несколько раз повышает энергозатраты, массу и, соответственно, снижает надежность.Compared with the analogue: in a horizontal position, the new device operates with one CTT at a distance of several meters, and the known one with three or more. In an upright position, when working against gravity, the analogue is not functional, unlike the proposed invention. In addition, in the proposed device uses one thermoelectric battery, and in the known - several, which several times increases energy consumption, weight and, accordingly, reduces reliability.
Совокупность новых признаков предложенного технического решения - использование контурных тепловых труб в качестве теплопередающих элементов устройства, расположение термоэлектрической батареи между охлаждаемой поверхностью прибора и испарителем первой КТТ - позволяет получить новый, обусловленный взаимосвязью признаков, технический результат, заключающийся в создании надежного устройства с упрощенной конструкцией, работоспособного при любой ориентации в поле сил тяжести и способного передавать тепло на большие расстояния при малых температурных перепадах и небольших энергетических затратах.The combination of new features of the proposed technical solution — the use of contour heat pipes as heat transfer elements of the device, the location of the thermoelectric battery between the cooled surface of the device and the first KTT evaporator — allows us to obtain a new technical result due to the interconnection of features, which consists in creating a reliable device with a simplified design, operable for any orientation in the field of gravity and capable of transferring heat over long distances at m mated temperature drops and small energy consumption.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018131111A RU2704570C1 (en) | 2018-08-29 | 2018-08-29 | Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018131111A RU2704570C1 (en) | 2018-08-29 | 2018-08-29 | Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2704570C1 true RU2704570C1 (en) | 2019-10-29 |
Family
ID=68500615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018131111A RU2704570C1 (en) | 2018-08-29 | 2018-08-29 | Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2704570C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001033153A1 (en) * | 1999-11-04 | 2001-05-10 | Swales Aerospace | Starter for loop heat pipe |
RU2290584C2 (en) * | 2005-02-03 | 2006-12-27 | ЗАО "Интеграционная промышленная система" | Multipurpose cooling device for sets of high thermal power |
US20080030688A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Coretronic Corporation | Projection apparatus |
RU93953U1 (en) * | 2010-01-13 | 2010-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") | HEAT PIPE |
US20170096228A1 (en) * | 2011-12-29 | 2017-04-06 | Embraer S.A. | Integrated environmental control systems and methods for controlling environmental temperature of an enclosed space |
-
2018
- 2018-08-29 RU RU2018131111A patent/RU2704570C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001033153A1 (en) * | 1999-11-04 | 2001-05-10 | Swales Aerospace | Starter for loop heat pipe |
RU2290584C2 (en) * | 2005-02-03 | 2006-12-27 | ЗАО "Интеграционная промышленная система" | Multipurpose cooling device for sets of high thermal power |
US20080030688A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Coretronic Corporation | Projection apparatus |
RU93953U1 (en) * | 2010-01-13 | 2010-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") | HEAT PIPE |
US20170096228A1 (en) * | 2011-12-29 | 2017-04-06 | Embraer S.A. | Integrated environmental control systems and methods for controlling environmental temperature of an enclosed space |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Khandekar et al. | Understanding operational regimes of closed loop pulsating heat pipes: an experimental study | |
EP2238400B1 (en) | Heat pipes incorporating microchannel heat exchangers | |
CN201430557Y (en) | Temperature difference generating device by connecting solar water heater with heat pipe thermoelectric couple | |
BR112015017789B1 (en) | Defrosting system for refrigeration appliance and cooling unit | |
US20170198948A1 (en) | Air conditiioning device having at least one heat pipe, in particular thermosiphon | |
US10648678B2 (en) | Building-integrated solar energy system | |
US20090165992A1 (en) | Geothermal heat exchange system and method | |
CN106356584A (en) | Battery system with thermal management function | |
CN104040280A (en) | Cooling device | |
CN104567175B (en) | Semiconductor freezer | |
US20150260434A1 (en) | Air Source Heat Exchange System and Method Utilizing Temperature Gradient and Water | |
CN108962484A (en) | Hyperconductive cable crosses ice chest, cooling system and cooling means with phase-change heat-exchange | |
CN104534727B (en) | Hot junction heat-exchanger rig and semiconductor freezer | |
US20210164708A1 (en) | System, an arrangement and method for heating and cooling | |
CN104534781A (en) | Cold end heat exchanging device and semiconductor refrigeration freezer | |
Eames et al. | An experimental investigation into the integration of a jet-pump refrigeration cycle and a novel jet-spay thermal ice storage system | |
Vasiliev | REVIEW PAPERState-of-the-art on heat pipe technology in the former Soviet Union | |
RU2704570C1 (en) | Shaft plant for heat transfer over long distances at low temperature differences | |
RU57969U1 (en) | Autonomous small-sized thermo-electric current source | |
CN106556276A (en) | A kind of pump drives two-phase fluid heat-transfer system | |
CN102116588B (en) | Evaporation and heat conduction device with micro passageway | |
CN104329866B (en) | Semiconductor refrigeration refrigerator and cold end heat exchange device thereof | |
CN101686027A (en) | Temperature-difference generation device formed by connecting ultra heat pipe connected and semiconductor refrigeration piece | |
RU2487063C2 (en) | Landing lunar module instrument compartment thermal control system | |
RU186073U1 (en) | THERMOELECTRIC GENERATOR MODULE |