SE518336C2 - Temperature control device and method for controlling the temperature of such a device - Google Patents
Temperature control device and method for controlling the temperature of such a deviceInfo
- Publication number
- SE518336C2 SE518336C2 SE9704283A SE9704283A SE518336C2 SE 518336 C2 SE518336 C2 SE 518336C2 SE 9704283 A SE9704283 A SE 9704283A SE 9704283 A SE9704283 A SE 9704283A SE 518336 C2 SE518336 C2 SE 518336C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- container
- refrigerant
- downcomer
- contact body
- temperature
- Prior art date
Links
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
- F28D15/06—Control arrangements therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B45/00—Arrangements for charging or discharging refrigerant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/16—Receivers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
25 518 336 2 termosifonens förångare 205. Denna upptar värme från luften då köldmediet förångas. Kall luft återförs till magasinen och värms upp. Värmen som tillförs föràngaren avges vid termosifo- nens kondensor 209 och. upptas av exempelvis uteluften. Lägg märke till att termosifonens föràngare och kondensor ska placeras åtskilda från varandra. Evaporator 205 of the thermosyphon. This absorbs heat from the air as the refrigerant evaporates. Cold air is returned to the magazines and heated. The heat supplied to the evaporator is emitted at the thermosiphone's condenser 209 and. occupied by, for example, the outdoor air. Note that the thermosiphon's evaporator and condenser must be placed separately from each other.
Ett alternativ till denna typ utgörs av utomhusskàp med egen- konvektion, varvid förångaren är placerad i direkt anslutning till kretskorten (ej visat i figurerna). Kondensorn placeras högre i ett utrymme som är självventilerande, dvs. har direkt kontakt med uteluften.An alternative to this type consists of outdoor cabinets with self-convection, whereby the evaporator is placed in direct connection to the circuit boards (not shown in the figures). The condenser is placed higher in a space that is self-ventilating, ie. has direct contact with the outdoor air.
Ytterligare ett problem med utomhusapplikationer är att skápen ibland måste kylas och ibland värmas beroende på den omgivande luftens temperatur. Den lösning som hittills har använts är att dimensionera kylningen för den högsta avsedda utomhus- temperaturen, men samtidigt förse skåpen med elektriska värmeelement, så att den lägsta avsedda utomhustemperaturen inte orsakar driftsstörningar. Att använda sig av utomhusskàp som samtidigt både värms och kyls är givetvis en både dyr och energislukande lösning. Ännu ett problem med en termosifonkrets är att köldmediet kan läcka ut. Detta kan emellertid i viss mån kompenseras för genom att överdimensionera köldmediemängden något.Another problem with outdoor applications is that the cabinets sometimes have to be cooled and sometimes heated depending on the temperature of the ambient air. The solution that has been used so far is to dimension the cooling for the highest intended outdoor temperature, but at the same time provide the cabinets with electric heating elements, so that the lowest intended outdoor temperature does not cause operational disturbances. Using outdoor cabinets that are both heated and cooled at the same time is of course both an expensive and energy-consuming solution. Another problem with a thermosiphone circuit is that the refrigerant can leak out. However, this can to some extent be compensated for by oversizing the amount of refrigerant slightly.
REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att erhålla ett enkelt och tillförlitligt temperaturregleringssystem, särskilt ett termosifonsystem, vars kylkapacitet kan regleras. _-.. a. 10 15 20 25 51 s ass iå-:La = 3 Ett annat ändamål med uppfinningen är att erhålla ett energisnàlt temperaturregleringssystem.DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to obtain a simple and reliable temperature control system, in particular a thermosyphon system, the cooling capacity of which can be controlled. Another object of the invention is to obtain an energy-efficient temperature control system.
Ytterligare ett ändamål är att erhålla ett temperatur- regleringssystem med inbyggd köldmediebuffert.Another purpose is to obtain a temperature control system with a built-in refrigerant buffer.
Dessa ändamål och andra uppnås enligt en sida av uppfinningen med ett temperaturregleringssystem, särskilt ett termosifonsystem, med reglerbar kylkapacitet, innefattande en förångare, en kondensor, ett stigrör, ett fallrör och ett köldmedium, varvid köldmediet är arrangerat att förånga och uppta värme i förångaren, stiga i stigröret, kondensera och avge värme i kondensorn och falla tillbaka till förångaren i fallröret. Uppfinningen innefattar en behållare, ett grenrör, en värmare, en kontaktkropp och ett kylmedium. Grenröret är förbundet med fallröret och med behållaren. Värmaren är termiskt ansluten till behållaren och kontaktkroppen är termiskt ansluten både till behållaren och till kylmediet. Temperaturreglerings- systemet är arrangerat att genom reglering av värmarens effekt dynamiskt anpassa sin kylkapacitet till aktuellt kylningsbehov.These objects and others are achieved according to one aspect of the invention with a temperature control system, in particular a thermosyphon system, with controllable cooling capacity, comprising an evaporator, a condenser, a riser, a downcomer and a refrigerant, the refrigerant being arranged to evaporate and absorb heat in the evaporator. rise in the riser, condense and emit heat in the condenser and fall back to the evaporator in the downcomer. The invention comprises a container, a manifold, a heater, a contact body and a cooling medium. The manifold is connected to the downcomer and to the container. The heater is thermally connected to the container and the contact body is thermally connected both to the container and to the coolant. The temperature control system is arranged to dynamically adapt its cooling capacity to the current cooling demand by regulating the heater's power.
Kylmediet kan utgöras av kondenserat köldmedium i fallröret eller av ett externt kylmedium, särskilt omgivande luft.The refrigerant may consist of condensed refrigerant in the downcomer or of an external refrigerant, especially ambient air.
Kylkapaciteten beror på hur mycket köldmedium som finns i systemet förångare-kondensor-stigrör-fallrör, vilket styrs av värmarens effekt: ju högre effekt desto mer köldmedium avkokas och desto mer vätska tvingas ut i systemet förångare-kondensor- stigrör-fallrör och desto lägre kylningseffekt erhålls.The cooling capacity depends on how much refrigerant is present in the evaporator-condenser riser-downpipe system, which is controlled by the heater's power: the higher the power, the more refrigerant is boiled and the more liquid is forced into the evaporator-condenser-downpipe-downpipe system and the lower cooling power obtained.
Således är värmaren med fördel arrangerad att värma behållaren med en ökande effekt i händelse av ett minskande kylningsbehov och med en minskande effekt i händelse av ett ökande kylningsbehov. .v u 10 15 20 25 518 336 4 Företrädesvis är behållaren, grenröret, värmaren och kontaktkroppen termiskt isolerade.Thus, the heater is advantageously arranged to heat the container with an increasing power in case of a decreasing cooling need and with a decreasing effect in case of an increasing cooling need. .v u 10 15 20 25 518 336 4 Preferably, the container, manifold, heater and contact body are thermally insulated.
Vârmaren kan styras med en termostat som känner av någon temperatur i systemet. Alternativt kan värmaren utgöras av en i en elektrisk krets ansluten temperaturberoende resistor, särskilt en PTC-resistor.The heater can be controlled with a thermostat that senses some temperature in the system. Alternatively, the heater may be a temperature-dependent resistor connected in an electrical circuit, in particular a PTC resistor.
Enligt en annan sida av uppfinningen kan nämnda temperaturregleringssystem användas som köldmediebuffert vid läckage. Härvidlag mäste kylmediet utgöras av kondenserat köldmedium i fallröret. Vârmaren är arrangerad att alltid värma behållaren med åtminstone en liten tröskeleffekt, vilken effekt är avpassad så att temperaturen i behållaren, vid drift vid hög temperatur, är under kokpunkten. När vätskemängden blir mindre i systemet förångare-kondensor-stigrör-fallrör minskar under- kylningen i fallröret. Resultatet blir att temperaturen ökar i behållaren och då avkokas vätska varvid p.g.a. det ökade trycket vätska tvingas ut i systemet förångare-kondensor-stigrör~ fallrör. Med lämpligt valda parametrar avseende tröskeleffekt, köldmedium, behållare kontaktkropp och kompenserar den uttvingade vätskan läckaget.According to another aspect of the invention, said temperature control system may be used as a refrigerant buffer in case of leakage. In this case, the refrigerant must consist of condensed refrigerant in the downcomer. The heater is arranged to always heat the container with at least a small threshold power, which power is adapted so that the temperature in the container, when operating at high temperature, is below the boiling point. When the amount of liquid in the system evaporator-condenser-riser-downpipe becomes smaller, the subcooling in the downpipe decreases. The result is that the temperature increases in the container and then liquid is decoction whereby p.g.a. the increased pressure liquid is forced out into the system evaporator-condenser-riser ~ downpipe. With appropriately selected parameters regarding threshold power, refrigerant, container contact body and the forced liquid compensates for the leakage.
En fördel med föreliggande uppfinning är att den är enkel, billig och tillförlitlig då den saknar rörliga mekaniska delar.An advantage of the present invention is that it is simple, inexpensive and reliable as it lacks moving mechanical parts.
Ytterligare en fördel med uppfinningen är att en kombinerad temperaturreglering och köldmediebuffert kan erhållas.A further advantage of the invention is that a combined temperature control and refrigerant buffer can be obtained.
Fler fördelar med uppfinningen framkommer i nedanstående beskrivning. 10 15 20 25 518 :se 5 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till fig. 3-8, vilka enbart visas för att illustrera uppfinningen, och ska därför ej pà något sätt begränsa densamma.More advantages of the invention appear in the following description. DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention is described in more detail below with reference to Figs. 3-8, which are shown only to illustrate the invention, and should therefore not in any way limit it.
Fig. 1 visar en termosifon enligt känd teknik.Fig. 1 shows a thermosiphon according to the prior art.
Fig. 2 visar ett termosifonkylt utomhusskáp med intern fläktcirkulation enligt känd teknik.Fig. 2 shows a thermosiphon-cooled outdoor cabinet with internal fan circulation according to prior art.
Fig. 3 visar en termosifon med kylkapacitetsreglering enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 3 shows a thermosiphon with cooling capacity control according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 visar en termosifon med kylkapacitetsreglering enligt en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 4 shows a thermosiphon with cooling capacity control according to an alternative embodiment of the present invention.
Fig. 5 visar detaljer av en termosifon med kylkapacitetsreglering samt exempel pà temperaturförhàllanden och vâtskenivàer vid reglering enligt uppfinningen.Fig. 5 shows details of a thermosiphon with cooling capacity control as well as examples of temperature conditions and liquid levels in control according to the invention.
Fig. 6a-c visar olika exempel pä hur en termosifons behållare kan kylas enligt uppfinningen.Figs. 6a-c show different examples of how a thermosyphon container can be cooled according to the invention.
Fig. 7 visar ett exempel pà hur kretskort monterade i kassetter kan kylas med en uppfinningsenlig termosifon.Fig. 7 shows an example of how circuit boards mounted in cassettes can be cooled with a thermosiphon according to the invention.
Fig. 8 visar ett exempel på hur kretskort i en radiobasstation kan kylas med en uppfinningsenlig termosifon.Fig. 8 shows an example of how circuit boards in a radio base station can be cooled with a thermosyphon according to the invention.
FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I följande beskrivning, i syfte att förklara och ej begränsa uppfinningen, är specifika detaljer angivna såsom speciella tillämpningar, tekniker etc. för att ge en klar förståelse av uppfinningen. Det kommer, emellertid, bli uppenbart för fack- 10 15 20 25 51 s 336 gïï= " 6 mannen att uppfinningen kan utföras i andra former än den i beskrivningen förekommande.PREFERRED EMBODIMENTS In the following description, for the purpose of explaining and not limiting the invention, specific details are set forth such as particular applications, techniques, etc., to provide a clear understanding of the invention. It will be apparent to those skilled in the art, however, that the invention may be embodied in other forms than those set forth in the specification.
I fig. 3 visas ett med ett tvåfas köldmedium 321 fyllt termosi- fonsystem 301 med temperaturreglering enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning. Systemet innefattar en föràngare 303, en kondensor 305, ett stigrör 307 för föràng- ad vätska, ett fallrör 309 för kondenserad ånga samt en köldme- diebehállare 311.Fig. 3 shows a thermosiphon system 301 filled with a two-phase refrigerant 321 with temperature control according to a preferred embodiment of the present invention. The system includes an evaporator 303, a condenser 305, a riser 307 for evaporated liquid, a downcomer 309 for condensed steam and a refrigerant container 311.
Behållaren står via ett grenrör 313 i förbindelse med fallröret 309. I kontakt med behållaren 311 finns ett elektriskt värme- element 315 och en termiskt ledande kontaktkropp 317 som också ligger an mot fallröret. För» att förhindra värmeutbyte med omgivningen är dessutom behållaren isolerad 319.The container is connected via a branch pipe 313 to the downcomer 309. In contact with the container 311 there is an electric heating element 315 and a thermally conductive contact body 317 which also abuts against the downcomer. In addition, in order to prevent heat exchange with the environment, the container is insulated 319.
Grenröret 313 kan alternativt anslutas till behållaren 311 och fallröret 309 såsom visas i fig. 4.The manifold 313 may alternatively be connected to the container 311 and the downcomer 309 as shown in Fig. 4.
Den uppfinningsenliga termosifonens funktion beskrivs nedan i anslutning till fig. 5 sou1 visar' termosifonens fallrör' 309, kontaktkropp 317, köldmediebehàllare 311 och värmare 315.The function of the thermosyphon according to the invention is described below in connection with Fig. 5.
Dessutom visas termosifonens kondensor 305 àtskild från övriga komponenter. Ett temperaturdiagram visar temperaturen i fallrö- ret, i kontaktkroppen, och i köldmediebehállaren för två olika effektlägen C) och @) hos värmaren. Motsvarande vätskenivåer i köldmediebehállaren och kondensorn indikeras också.In addition, the thermosiphon condenser 305 is shown separately from the other components. A temperature diagram shows the temperature in the downcomer, in the contact body, and in the refrigerant tank for two different power positions C) and @) of the heater. Corresponding liquid levels in the refrigerant container and condenser are also indicated.
Den vätska som strömmar genom fallröret 309 har alltid en temperatur som är någon grad under vätskans kokpunkt. Om enbart en liten tröskeleffekt avges av den elektriska värmaren (dvs. vid effektläge CD) kommer all gas i behållaren att kondensera, dvs. behållaren blir helt fylld med vätska (nivå CD). Vätske- . u ...sou n 10 15 20 25 518 336 7 mängden i systemet förångare-kondensor-stigrör-fallrör är då avpassat för en minimal vätskemängd i kondensorn (nivå CU. I detta läge har termosifonen sin maximala kylfunktion.The liquid flowing through the downcomer 309 always has a temperature which is some degree below the boiling point of the liquid. If only a small threshold power is emitted by the electric heater (ie in power mode CD), all the gas in the container will condense, ie. the container is completely filled with liquid (level CD). Liquid. u ... sou n 10 15 20 25 518 336 7 the amount in the system evaporator-condenser-riser-downpipe is then adapted for a minimum amount of liquid in the condenser (level CU. In this position the thermosiphon has its maximum cooling function.
När den elektriska värmaren aktiveras, och om den avgivna effekten är större än den effekt som förloras till omgivningen (dvs. effektläge ®) kommer värme att ledas till fallröret via kontaktkroppen. Detta värmeflöde skapar en temperaturdifferens i kontaktkroppen som innebär att fallrörets temperatur alltid är lägre än köldmediebehállarens temperatur, se temperaturdia- grammet i fig. 5.When the electric heater is activated, and if the output power is greater than the power lost to the environment (ie power mode ®), heat will be conducted to the downcomer via the contact body. This heat flow creates a temperature difference in the contact body which means that the temperature of the downcomer is always lower than the temperature of the refrigerant container, see the temperature diagram in Fig. 5.
När värmarens effekt ökar stiger temperaturen i köldmediebehàl- laren. En del av köldmediet kokar då av, vilket medför att en kudde av gas bildas högst upp i behållaren. Härigenom tvingas den av gaskudden förträngda vätskan ut i systemet förángare- kondensor-stigrör-fallrör varvid vätskenivàn sjunker (till nivå ®). Vätskenivàn i termosifonens kondensor kommer då att stiga (till nivå CU, vilket medför en större underkylning av väts- kan. När underkylningen blir lika stor som temperaturfallet i kontaktkroppen upphör avkokningen i behållaren.As the power of the heater increases, the temperature in the refrigerant tank rises. Some of the refrigerant then boils off, which means that a cushion of gas is formed at the top of the container. As a result, the liquid displaced by the gas cushion is forced out into the evaporator-condenser-downpipe-downpipe system, whereby the liquid level drops (to level ®). The liquid level in the thermosiphon condenser will then rise (to level CU, which results in a greater subcooling of the liquid. When the subcooling becomes as large as the temperature drop in the contact body, the decoction in the container ceases.
Eftersom kondensorns gasberörda yta minskar kommer temperatur- differensen gentemot omgivningen att öka, vilket medför att systemet stabiliserar sig kring en högre kokpunkt, se tempera- turdiagrammet i fig. 5.As the condensate's gaseous surface of the condenser decreases, the temperature difference with respect to the environment will increase, which means that the system stabilizes around a higher boiling point, see the temperature diagram in Fig. 5.
Effektregleringen kan i att hela princip drivas så långt kondensorn blir fylld med vätska, varvid termosifonens funktion helt upphör.The power control can in principle be operated as long as the condenser is filled with liquid, whereby the function of the thermosyphon ceases completely.
Denna enkla och okomplicerade reglerprincip gör att nedregle- ringen av kyleffekten kommer att bli ungefärligen proportionell 10 15 20 25 30 518 336 8 mot den till behållaren tillförda effekten, vilket ger en stabil reglering.This simple and uncomplicated control principle means that the down-regulation of the cooling effect will be approximately proportional to the power applied to the container, which provides a stable regulation.
Det ska noteras att den temperaturdifferens som uppstår mellan köldmediet i behållaren och den underkylda vätskan i fallröret ges av kontaktkroppens värmemotstånd i serie med värmemotstán- det för kokning i behållaren samt värmemotstándet för konvek- tion i fallröret. De två sistnämnda värmemotstánden är dock små i förhållande till värmemotstándet i kontaktkroppen. Den uppfinningsenliga reglerprincipen skulle dock fungera även om så inte vore fallet. Kravet är att det totala värmemotstándet när den genomströmmas av en effekt som är mindre än underkyl- ningseffekten skapar en temperaturdifferens som är lika stor som vätskans underkylning.It should be noted that the temperature difference that occurs between the refrigerant in the container and the supercooled liquid in the downcomer is given by the heat resistance of the contact body in series with the heat resistance for boiling in the container and the heat resistance for convection in the downcomer. However, the latter two heat resistances are small in relation to the heat resistance in the contact body. However, the principle of regulation according to the invention would work even if this were not the case. The requirement is that the total heat resistance when it is transmitted through an effect that is less than the subcooling effect creates a temperature difference that is equal to the subcooling of the liquid.
Observera också att köldmediebehållaren bör isoleras mot den yttre omgivningen. Annars finns det risk att behållaren ej blir helt fylld. av 'vätska då värmaren är avstängd. och. då kommer regleringen ej att fungera som avsett. Denna risk förekommer när omgivningen har en hög temperatur och det sker en inström- ning av värme till behållaren. Om köldmediet i behållaren å andra sidan har en temperatur' som är högre än omgivningens temperatur sker en utströmning av värme från behållaren till omgivningen. Detta kan dock kompenseras för genom en högre effekt på värmaren.Also note that the refrigerant container should be insulated from the outside environment. Otherwise there is a risk that the container will not be completely filled. of 'liquid when the heater is switched off. and. then the regulation will not work as intended. This risk occurs when the environment has a high temperature and there is an influx of heat to the container. If, on the other hand, the refrigerant in the container has a temperature which is higher than the ambient temperature, a heat exits from the container to the environment. However, this can be compensated for by a higher effect on the heater.
Den effekt som behövs för att driva vätskan ut ur behållaren beror .på hur snabbt anordningen ska reglera. För ett utomhusskåp kan en termisk tidskonstant på ca tio minuter vara ett rimligt värde. Vid en korrekt dimensionering av den termis- ka resistansen i kontaktkroppen och isoleringen blir då värma- rens effektbehov mycket liten i förhållande till den i skåpet utvecklade effekten. Exempelvis torde en värmeeffekt på 10 W , u ø Q I n | o. 10 15 20 25 518 336 9 vara mer än tillräckligt för en total kyleffekt på 500 W.The power needed to drive the liquid out of the container depends on how quickly the device is to regulate. For an outdoor cabinet, a thermal time constant of about ten minutes can be a reasonable value. With a correct dimensioning of the thermal resistance in the contact body and the insulation, the heat demand of the heater will then be very small in relation to the power developed in the cabinet. For example, a heat output of 10 W, u ø Q I n | o. 10 15 20 25 518 336 9 be more than sufficient for a total cooling power of 500 W.
Ett uppenbart sätt att styra behållarens värmare 315 är att använda en termostat som känner av någon temperatur i systemet.An obvious way to control the container heater 315 is to use a thermostat that senses some temperature in the system.
En annan mycket enkel temperaturstyrning erhålls genom att låta värmaren bestå av ett i en elektrisk krets anslutet PTC mot- stånd.Another very simple temperature control is obtained by allowing the heater to consist of a PTC resistor connected in an electrical circuit.
Denna motståndstyp är temperaturberoende och har i princip en omslagstemperatur över vilken resistansen ökar kraftigt med temperaturen. Regleranordningen blir då mycket enkel.This type of resistor is temperature dependent and in principle has a switching temperature above which the resistance increases sharply with temperature. The control device then becomes very simple.
Dimensioneringen av' det uppfinningsenliga termosifonsystemet, dvs. av underkylningen, kontaktkroppen, isoleringen av behålla- ren, regleringens tidskonstant och den värme som tillförs behållaren måste avpassas för en optimal funktion.The dimensioning of the thermosyphon system according to the invention, i.e. of the subcooling, the contact body, the insulation of the container, the time constant of the control and the heat supplied to the container must be adapted for an optimal function.
Fig. 6a-6c visar olika former av kylmedium för kylning av behållaren 311.Figs. 6a-6c show different forms of cooling medium for cooling the container 311.
Fig. 6a visar det redan beskrivna alternativet med kylning med underkyld vätska i fallröret 309, vilket står i termisk kontakt med den isolerade behållaren via kontaktkroppen 317. Detta alternativ fungerar bra om behållarens temperatur är högre än dess omgivningstemperatur. Om detta inte är fallet kan problem med extern uppvärmning uppstå, särskilt om små behållare används.Fig. 6a shows the already described alternative of cooling with subcooled liquid in the downcomer 309, which is in thermal contact with the insulated container via the contact body 317. This alternative works well if the temperature of the container is higher than its ambient temperature. If this is not the case, problems with external heating may occur, especially if small containers are used.
Fig. 6b visar ett alternativ med ett externt kylmedium 601, vilket exempelvis kan utgöras av egenkonvektion av omgivande luft, särskilt om termosifonen är placerad utomhus. Detta kylmedium står i termisk kontakt med behållaren 311 via en kontaktkropp 603. Nackdelen med denna typ av kylning är att den blir mycket ojämn då det externa kylmediet varierar kraftigt i temperatur. Värmarens effekt måste därför kunna regleras inom o s Q n | « u. 10 15 20 25 518 336 10 ett stort intervall. Enkla lösningar som till exempel värmning med ett PTC-motstånd kan då vara svåra att få att fungera.Fig. 6b shows an alternative with an external cooling medium 601, which can for instance consist of self-convection of ambient air, especially if the thermosiphon is placed outdoors. This coolant is in thermal contact with the container 311 via a contact body 603. The disadvantage of this type of cooling is that it becomes very uneven as the external coolant varies greatly in temperature. The power of the heater must therefore be able to be regulated within o s Q n | «U. 10 15 20 25 518 336 10 a large range. Simple solutions such as heating with a PTC resistor can then be difficult to get to work.
Fig. 6c visar ett alternativ med kylning med underkyld vätska som delvis omger behållaren 311. Termosifonens fallrör 611 med underkyld ^vätska har en spiralformad. del vari behållaren är placerad. Behållaren är omgiven av en metallmantel 613 som i sin tur är omgiven av en fyllning 615 som fungerar som kontakt- kropp och varemot fallröret ligger an. Lösningar som denna med underkyld vätska som delvis eller helt omger behållaren funge- rar mycket bra och säkert i alla omgivningar.Fig. 6c shows an alternative with cooling with subcooled liquid which partially surrounds the container 311. The thermosiphon downpipe 611 with subcooled liquid has a helical shape. part in which the container is located. The container is surrounded by a metal jacket 613 which in turn is surrounded by a filling 615 which acts as a contact body and against which the downcomer abuts. Solutions such as this with supercooled liquid that partially or completely surrounds the container work very well and safely in all environments.
Ytterligare ett alternativ (ej visat i figurerna) är att hela konstruktionen fallrör-behållare integreras i en enda s.k. roll-bondplatta. Ett sådant alternativ är särskilt lämpligt för behållare med liten volym.Another alternative (not shown in the figures) is that the entire construction of downpipe containers is integrated in a single so-called roll-bond plate. Such an alternative is particularly suitable for containers with a small volume.
Ett annat av problemen med en termosifon enligt känd teknik är att köldmediet av någon anledning kan läcka ut. Stora läckor upptäcks lätt i produktionen. Ytterst små läckor, vars inverkan märks först efter flera år, är däremot betydligt svårare att upptäcka. Dessutom kan skador inträffa efter installationen. I ett normalt hushàllskylskåp dimensioneras köldmedielängden så att man klarar en rimlig livslängd med ett läckage av några gram köldmedium per år. Någon typ av köldmediebuffert behövs alltid i ett termosifonsystem.Another of the problems with a thermosiphon according to the prior art is that the refrigerant can leak out for some reason. Large leaks are easily detected in production. However, extremely small leaks, the impact of which is only felt after several years, are much more difficult to detect. In addition, damage can occur after installation. In a normal household refrigerator, the refrigerant length is dimensioned so that you can manage a reasonable service life with a leakage of a few grams of refrigerant per year. Some type of refrigerant buffer is always needed in a thermosyphon system.
Det vore en fördel om behållaren i det uppfinningsenliga termosifonsystemet också kan användas som köldmediebuffert.It would be an advantage if the container in the thermosyphon system according to the invention can also be used as a refrigerant buffer.
Detta åstadkoms genom att värmaren alltid avger en viss liten tröskeleffekt. Normalt är denna effekt så liten att temperatu- ren i behållaren är under kokpunkten. Om vätskemängden i systemet förångare-kondensor-stigrör-fallrör emellertid blir 10 15 20 25 518 336 ll p o u | o « an mycket liten minskar underkylningen i fallröret. Temperaturen i behållaren stiger då och vid en given vätskenivä nås kokpunkten varvid vätska avkokas. En del av vätskan i behållaren kommer då tryckas ut i systemet förångare-kondensor-stigrör-fallrör.This is achieved by the heater always emitting a certain small threshold effect. Normally this effect is so small that the temperature in the container is below the boiling point. However, if the amount of liquid in the evaporator-condenser-riser-downpipe system becomes 10 15 20 25 518 336 ll p o u | o «an very small reduces the subcooling in the downcomer. The temperature in the container then rises and at a given liquid level reaches the boiling point whereby liquid is decocted. Some of the liquid in the container will then be forced out into the evaporator-condenser-riser-downpipe system.
I ett termosifonsystem utan vätskebuffert kan man kontrollera vätskemängden genom att mäta underkylningen på den vätska som kommer från kondensorn. Underkylningen minskar om vätskemängden i termosifonsystemet och därmed kondensorn minskar. Sambandet påverkas dock i viss män av den totala värmelasten i systemet.In a thermosyphon system without a liquid buffer, the amount of liquid can be controlled by measuring the subcooling of the liquid coming from the condenser. The subcooling decreases if the amount of liquid in the thermosyphon system and thus the condenser decreases. However, in some men the connection is affected by the total heat load in the system.
Vid hög värmelast blir andelen vätska i kondensorn något högre än vid låg värmelast. Därför bör jämförande mätningar göras vid lika värmelast.At high heat load, the proportion of liquid in the condenser is slightly higher than at low heat load. Therefore, comparative measurements should be made at equal heat loads.
Om man använder det uppfinningsenliga termosifonsystemet, kan denna typ av kontroll göras om man helt stänger av värmaren.If you use the thermosyphon system according to the invention, this type of control can be done if you turn off the heater completely.
För att upptäcka läckor i ett fungerande system borde det räcka med att genomföra an dylik kontrollmätning en till två gånger Kontrollen kan om året, vilket borde vara helt genomförbart. också utföras med en viss liten tröskeleffekt på värmaren.In order to detect leaks in a functioning system, it should be sufficient to carry out such a control measurement once or twice. The control can be done once a year, which should be completely feasible. also performed with a certain small threshold effect on the heater.
Själva regleringen bör dock stängas av, vilket innebär att mätningen företrädesvis utförs då den externa omgivande lufttemperaturen är hög.However, the control itself should be switched off, which means that the measurement is preferably performed when the external ambient air temperature is high.
Fig. 7 visar en tillämpning för den 'uppfinningsenliga termosifonen med köldmediebehállare. Kretskort 701 monterade i kassetter 703 kyls med termosifonens förångare 705 genonx att dessa står i kontakt med sidobalkar 707 i vilken kassetterna 703 är monterade.Fig. 7 shows an application of the thermosiphon according to the invention with refrigerant container. Circuit boards 701 mounted in cassettes 703 are cooled with the thermosiphon evaporator 705 genonx that they are in contact with side beams 707 in which the cassettes 703 are mounted.
Förlusterna i en stapel 709 med kassetter kan bli ganska hög.The losses in a stack 709 with cassettes can be quite high.
Termosifonens kondensor 711 bör då kylas med en fläkt 713.The thermosiphon condenser 711 should then be cooled with a fan 713.
Förångarna 705 är företrädesvis gjorda av roll-bondplattor. 10 15 20 25 518 336 12 Termosifonens köldmediebehàllare 715 är med fördel placerade tillsammans med förángarna och stapeln med kassetter i ett utrymme med isolering 717 för att inte få alltför stora störningar från en varierande utomhustemperatur. Överst i fig. 8 visas en annan tillämpning för den uppfinningsenliga termosifonen med köldmediebehállare. Här används termosifonen i en mindre radiobasstation 800 innehållande endast ett kretskort. Termosifonens kondensor 801 är egenkonvektionskyld (med ett luftflöde 802 nerifrån) och integrerad i den övre halvan av ett kylflänselement 803.The evaporators 705 are preferably made of roll bond plates. 10 15 20 25 518 336 12 The thermosiphon's refrigerant container 715 is advantageously placed together with the evaporators and the stack of cassettes in a space with insulation 717 so as not to cause excessive disturbances from a varying outdoor temperature. Fig. 8 shows another application of the thermosiphon according to the invention with refrigerant container. Here the thermosiphon is used in a smaller radio base station 800 containing only one circuit board. The thermosiphon condenser 801 is self-convection cooled (with an air flow 802 from below) and integrated in the upper half of a heat sink element 803.
Förángaren 805 utgörs företrädesvis av en roll-bondplatta som ligger an mot i basstationen lokaliserade kretskort 806 eller mot enskilda komponenter 806a. Köldmediebehállaren 807 visas kraftigt förstorad i fig. 8.The evaporator 805 preferably consists of a roll bond plate which abuts against circuit boards 806 located in the base station or against individual components 806a. The refrigerant container 807 is shown greatly enlarged in Fig. 8.
Den värme som avges från flänselementets nedersta del får ledas genom flänselementets bottenplatta (ej visad i fig. 8). Trots att nivån för kondensorns utlopp befinner sig under förángarens högsta punkt erhålls en tillfredsställande cirkulation av köldmedium. Detta har 'verifierats experimentellt för en termosifon. Observera dock att termosifonen ska innehålla en mycket liten mängd köldmedium.The heat emitted from the lower part of the flange element may be conducted through the bottom plate of the flange element (not shown in Fig. 8). Despite the fact that the level of the condenser outlet is below the highest point of the evaporator, a satisfactory circulation of refrigerant is obtained. This has been verified experimentally for a thermosyphon. Note, however, that the thermosiphon should contain a very small amount of refrigerant.
Föràngaren kan bl.a. utformas enligt de alternativ visade i detaljvyerna i fig. 8 nedtill till vänster 805' respektive nedtill till höger 805". Enligt det förra alternativet är en roll-bondplatta 805' vikt runt kretskortet 806 med komponenter 806a. Om vissa komponenter kräver extra kylning kan en kontaktkropp 809 placeras mellan dessa komponenter och förángaren. Pà detta sätt kan höga punkteffekter avledas. 10 518 336 13 Om punkteffekterna är extremt höga kan man enligt det senare alternativet använda en roll-bondplatta 805"a på kretskortets baksida och speciellt utformade förångare 805"b i kontakt med komponenterna 806a på kretskortets framsida.The evaporator can i.a. is designed according to the alternatives shown in the detail views in Fig. 8 at the bottom left 805 'and at the bottom right 805 ". According to the former alternative, a roll bond plate 805' is folded around the circuit board 806 with components 806a. contact body 809 is placed between these components and the evaporator. In this way, high point effects can be diverted. contact with components 806a on the front of the circuit board.
Föreliggande uppfinning såsom härvid beskriven löser de problem som är associerade med känd teknik.The present invention as described herein solves the problems associated with the prior art.
Det uppfinningsenliga temperaturregleringssystemet är enkelt, tillförlitligt och energisnált. Dessutom innefattar det en inbyggd köldmediebuffert.The temperature control system according to the invention is simple, reliable and energy-efficient. In addition, it includes a built-in refrigerant buffer.
Uppfinningen är självfallet inte begränsad till de ovan utan'kan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformerna, modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.The invention is of course not limited to the embodiments described above but shown in the drawings, modified within the scope of the appended claims.
Claims (27)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9704283A SE518336C2 (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Temperature control device and method for controlling the temperature of such a device |
AU11819/99A AU1181999A (en) | 1997-11-21 | 1998-11-02 | Cooling capacity control |
PCT/SE1998/001981 WO1999030091A1 (en) | 1997-11-21 | 1998-11-02 | Cooling capacity control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9704283A SE518336C2 (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Temperature control device and method for controlling the temperature of such a device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9704283D0 SE9704283D0 (en) | 1997-11-21 |
SE9704283L SE9704283L (en) | 1999-05-22 |
SE518336C2 true SE518336C2 (en) | 2002-09-24 |
Family
ID=20409074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9704283A SE518336C2 (en) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | Temperature control device and method for controlling the temperature of such a device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU1181999A (en) |
SE (1) | SE518336C2 (en) |
WO (1) | WO1999030091A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001033153A1 (en) * | 1999-11-04 | 2001-05-10 | Swales Aerospace | Starter for loop heat pipe |
GB0022401D0 (en) * | 2000-09-13 | 2000-11-01 | Overton Gary | A liquid receptacle |
JP4882699B2 (en) * | 2005-12-20 | 2012-02-22 | 株式会社デンソー | Waste heat recovery device |
US20110203775A1 (en) * | 2008-11-03 | 2011-08-25 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Pub) | System in a Network Node for Regulating Temperature of Electronic Equipment |
WO2010120220A1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Heat transfer arrangement and electronic housing comprising a heat transfer arrangement and method of controlling heat transfer |
JP2014531013A (en) * | 2011-10-27 | 2014-11-20 | 智▲鳴▼ 王 | Cooling system without a compressor powered by a heat source |
JP6579275B2 (en) * | 2016-09-09 | 2019-09-25 | 株式会社デンソー | Equipment temperature controller |
WO2018047531A1 (en) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社デンソー | Device temperature adjusting apparatus |
JP6601567B2 (en) * | 2016-09-09 | 2019-11-06 | 株式会社デンソー | Equipment temperature controller |
CN107014121A (en) * | 2017-05-18 | 2017-08-04 | 绍兴西爱西尔数控科技有限公司 | A kind of constant-temperature circulating device of use PTC heating |
CN109579128B (en) * | 2018-11-12 | 2021-01-05 | 北京工业大学 | Heat pump/heat pipe composite heating device with mutually adjustable working medium filling amount |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2126088A1 (en) * | 1970-05-28 | 1971-12-16 | Morrison D | Boiler type heat exchanger - with separate condensing chamber - to prevent boiling dry |
JPS5430552A (en) * | 1977-08-12 | 1979-03-07 | Hitachi Ltd | Boiling cooling apparatus |
-
1997
- 1997-11-21 SE SE9704283A patent/SE518336C2/en not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-11-02 AU AU11819/99A patent/AU1181999A/en not_active Abandoned
- 1998-11-02 WO PCT/SE1998/001981 patent/WO1999030091A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU1181999A (en) | 1999-06-28 |
WO1999030091A1 (en) | 1999-06-17 |
SE9704283L (en) | 1999-05-22 |
SE9704283D0 (en) | 1997-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1143778B1 (en) | Pumped liquid cooling system using a phase change refrigerant | |
US7604040B2 (en) | Integrated liquid cooled heat sink for electronic components | |
US20170112017A1 (en) | Heat dissipating system | |
US6845622B2 (en) | Phase-change refrigeration apparatus with thermoelectric cooling element and methods | |
US8262263B2 (en) | High reliability cooling system for LED lamps using dual mode heat transfer loops | |
US7077189B1 (en) | Liquid cooled thermosiphon with flexible coolant tubes | |
EP1148772B1 (en) | Cold plate utilizing fin with evaporating refrigerant | |
US6041850A (en) | Temperature control of electronic components | |
CN100466238C (en) | Method and apparatus for thermal characterization under non-uniform heat load | |
US6615912B2 (en) | Porous vapor valve for improved loop thermosiphon performance | |
WO2011122207A1 (en) | Cooling apparatus and cooling system for electronic-device exhaustion | |
US20090229283A1 (en) | Method and apparatus for isothermal cooling of hard disk drive arrays using a pumped refrigerant loop | |
SE518336C2 (en) | Temperature control device and method for controlling the temperature of such a device | |
WO1994020801A1 (en) | Heating/cooling systems | |
JP6750611B2 (en) | Phase change cooling device and phase change cooling method | |
US10517195B2 (en) | Heat exchanger assembly and method for operating a heat exchanger assembly | |
US6418729B1 (en) | Domestic refrigerator with peltier effect, heat accumulators and evaporative thermosyphons | |
KR20020093897A (en) | Cooling device for cooling components of the power electronics, said device comprising a micro heat exchanger | |
US9182177B2 (en) | Heat transfer system with integrated evaporator and condenser | |
RU2718760C1 (en) | Cooling device, valve inverter with cooling device and valve inverter cooling method | |
US11892223B2 (en) | Two-phase immersion cooling device | |
KR102113033B1 (en) | An air conditioner | |
WO2015048973A1 (en) | Cooling system with thermosiphon, use and method of operating such a system | |
CN107003043B (en) | Refrigeration device with heating circuit | |
EP3179837B1 (en) | Converter cell capacitor cooling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |