UA119555C2 - Пасивний двофазний охолоджувальний контур - Google Patents

Пасивний двофазний охолоджувальний контур Download PDF

Info

Publication number
UA119555C2
UA119555C2 UAA201610388A UAA201610388A UA119555C2 UA 119555 C2 UA119555 C2 UA 119555C2 UA A201610388 A UAA201610388 A UA A201610388A UA A201610388 A UAA201610388 A UA A201610388A UA 119555 C2 UA119555 C2 UA 119555C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
condenser
evaporator
cooling circuit
pipe
damping tank
Prior art date
Application number
UAA201610388A
Other languages
English (en)
Inventor
Томас ФУКС
Лео Орнот
Маркус Рекк
Маттіас Ройтер
Маттиас Ройтер
Original Assignee
Фраматоме Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фраматоме Гмбх filed Critical Фраматоме Гмбх
Publication of UA119555C2 publication Critical patent/UA119555C2/uk

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
    • F28D15/0266—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20309—Evaporators
    • 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
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • 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
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • 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
    • F28D15/025—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 having non-capillary condensate return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20318—Condensers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20327—Accessories for moving fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • 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
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/02—Details of evaporators
    • 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
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • 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
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/13—Vibrations
    • 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
    • F28D2015/0216—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 having particular orientation, e.g. slanted, or being orientation-independent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/12—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overpressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/30—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing vibrations

Abstract

Винахід стосується пасивного двофазного охолоджувального контуру (2), що містить випарник (6) і конденсатор (18) для циркулюючого в охолоджувальному контурі (2) охолоджувального засобу, причому до випарника (6) приєднаний підвідний трубопровід (4) випарника і відвідний трубопровід (10) випарника, і причому до конденсатора (18) приєднаний підвідний трубопровід (16) конденсатора і відвідний трубопровід (22) конденсатора. Подібний охолоджувальний контур необхідно вдосконалити таким чином, щоб при простій та економічній в експлуатації конструкції системи зменшити стрибки тиску або навіть повністю запобігти їх утворенню в процесі роботи. Для цього згідно з винаходом передбачено, що підвідний трубопровід (4) випарника, відвідний трубопровід (10) випарника, підвідний трубопровід (16) конденсатора і відвідний трубопровід (22) конденсатора сполучені зі спільним демпфірувальним резервуаром (24), причому у відвідному трубопроводі конденсатора (22) в процесі роботи охолоджувального контуру (2) утворюється рідинний стовп (52), який виконує функції гідравлічного герметизувального елемента (50), а також гідродинамічного гасника коливань.

Description

Винахід стосується пасивного двофазного охолоджувального контуру згідно з обмежувальною частиною пункту 1 формули винаходу.
Двофазні системи теплопередачі, в яких охолоджувальний засіб (називаний також холодоагентом) у циркуляційному контурі зазнає фазового переходу з рідкого стану в газоподібний і знову в рідкий, дозволяють досягти високої ефективності теплопередачі при малих різницях температури як рушійній силі процесу передачі тепла порівняно з однофазними циркуляційними контурами. Проте, двофазні системи мають більше ступенів свободи і тому є складнішими у керуванні порівняно з однофазними системами. Це особливо стосується пасивних систем, які не потребують застосування активних засобів для впливу на потік, таких як електричні насоси тощо, і в яких, окрім цього, транспортування охолоджувального засобу відбувається виключно завдяки різниці температур між відповідними джерелом тепла і тепловідводом. Зокрема, нерегулярні коливання і гідравлічні удари, особливо стрибки тиску, спричинені конденсацією в системі трубопроводів, є справжньою проблемою, оскільки внаслідок цього можуть виникати екстремальні механічні навантаження. В найгіршому випадку це може призводити до руйнування системи.
В основу винаходу покладено задачу вдосконалення охолоджувального контуру описаного вище виду таким чином, щоб при простій та економічній конструкції системи зменшити або взагалі повністю уникнути гідравлічних ударів у процесі експлуатації.
Цю задачу згідно з винаходом вирішено в охолоджувальному контурі ознаками пункту 1 формули винаходу.
Суттєвим компонентом апаратури є демпфірувальний резервуар, називаний також розділювальним резервуаром, об'єм якого узгоджений зі спеціальним випадком розрахунку, який містить принаймні чотири приєднувальних елементи для підключення трубопроводів, приєднаних до випарника і конденсатора, і відведених від них трубопроводів охолоджувального контуру. Крім цього, на приєднувальному елементі для підключення зворотного трубопроводу конденсатора встановлено трубоподібний конструктивний елемент, який забезпечує можливість утворення рідинного стовпа. Завдяки цьому забезпечується можливість стабілізації потоку в нестаціонарних зонах, оскільки рідинний стовп функціонує як гідродинамічний гасник коливань.
Крім цього, завдяки наявності рідинного стовпа забезпечується зменшення тиску на виході
Зо конденсатора, результатом чого є зростання різниці тисків у конденсаторі як рушійної сили процесу теплопередачі, а разом із цим також збільшення масового потоку.
Таким чином, гідравлічні удари, які досі вважають загрозою для системи, в пасивних двофазних системах можна зменшити або навіть повністю запобігти їх утворенню за допомогою запропонованої апаратури, яка діє як гідродинамічний гасник коливань. Окрім цього, завдяки зміненому співвідношенню тисків у циркуляційному контурі утворюється чи стабілізується напрямлений потік (мінімізація чи ліквідація вторинних зворотних потоків), збільшується різниця тисків у конденсаторі як рушійна сила процесу теплопередачі, завдяки чому збільшується масовий потік, що забезпечує передачу тепла, і в результаті досягається значне підвищення ефективності.
Іншими словами, запропонована модифікація двофазного охолоджувального контуру завдяки пасивній стабілізації та підвищенню ефективності дозволяє помітно збільшити надійність експлуатації, а разом із цим - практичність порівняно з попередніми системами.
Завдяки підвищенню питомої продуктивності двофазної системи можна в пасивному режимі відводити великі об'єми води при невеликій різниці температури як рушійній силі процесу теплопередачі, що неможливо реалізувати в однофазній системі.
Потенційними галузями застосування, наприклад в атомній енергетиці, є відведення тепла з басейнів витримки відпрацьованих паливних касет, охолодження компонентів (наприклад насосів, дизельних агрегатів, трансформаторів), охолодження захисної оболонки реактора та приміщень з електроіїндукованим тепловим навантаженням. Самозрозуміло, що поряд із атомною енергетикою можливим є застосування двофазних систем в інших галузях.
Переважно гідравлічний герметизувальний елемент розміщують у внутрішній порожнині демпфірувального резервуара, зокрема як вбудований у нього або попередньо змонтований у ньому конструктивний елемент, що спрощує процес монтажу всієї системи.
У першому переважному варіанті виконання винаходу гідравлічний герметизувальний елемент, називаний також сифоном, містить ділянку трубопроводу в формі літери М, 5 або .), наприклад аналогічно компонентам, застосовуваним у побутових санітарно-технічних системах.
У другому переважному варіанті виконання винаходу гідравлічний герметизувальний елемент утворений шляхом введення труби чи кінця труби в резервуар, який оточує по сторонах трубу чи кінець труби і відкритий догори у внутрішню порожнину демпфірувального 60 резервуара, завдяки чому забезпечується можливість утворення рідинного стовпа.
У переважній формі виконання винаходу підвідний і відвідний трубопроводи випарника виведені в придонну зону демпфірувального резервуара, а саме переважно на деякій відстані один від одного. Завдяки цьому, по-перше, забезпечується можливість розділення в демпфірувальному резервуарі суміші рідкого і випаровуваного охолоджувального засобу, яка надходить по відвідному трубопроводу випарника; по-друге, рідкий охолоджувальний засіб, що накопичується у придонній зоні, може просто і безперешкодно стікати в підвідний трубопровід випарника.
На відміну від цього, підвідний трубопровід конденсатора виведений переважно у верхню зону демпфірувального резервуара, завдяки чому забезпечується просте і безперешкодне напрямлення у цей трубопровід пари, яка накопичується над рідким охолоджувальним засобом.
Для підтримки природної циркуляції в охолоджувальному контурі демпфірувальний резервуар встановлюють переважно нижче конденсатора, причому відвідний трубопровід конденсатора - залежно від конкретних обставин за винятком ділянки з гідравлічним герметизувальним елементом - принаймні переважно виконують у формі низхідного стояка.
Переваги винаходу полягають зокрема в тому, що завдяки розділенню циркуляційних контурів випарника і конденсатора та реалізації гідродинамічного гасника коливань у пасивній системі забезпечується реалізація регулювальних заходів для забезпечення стабільного і напрямленого потоку у випарнику і конденсаторі.
Далі винахід пояснюється докладніше на прикладі виконання з посиланням на креслення.
На кресленнях у значно спрощеній схематичній формі зображено:
Фіг. 1 Пасивний двофазний охолоджувальний контур згідно з рівнем техніки,
Фіг. 2 Пасивний двофазний охолоджувальний контур згідно з винаходом, і
Фіг. З Альтернативний варіант фрагмента фіг. 2.
Однакові або діючі за однаковим принципом елементи на всіх кресленнях мають однакові позиційні позначення.
На фіг. 1 наведена схема класичного охолоджувального контуру 2, застосовуваного в різних галузях техніки, в яких необхідно відводити надлишкове тепло із нагрітих зон установок.
Напрямки потоків плинних засобів позначені відповідними стрілками.
Циркулюючий у контурі охолоджувальний засіб спочатку в рідкій формі по підвідному
Зо трубопроводу 4 випарника (називаному також підвідною лінією випарника або живильним трубопроводом) напрямляють у випарник 6. Випарник 6 виконаний у формі теплообмінника, для нагрівання якого передбачене термічно сполучене з ним теплоджерело 70, в даному випадку лише як приклад виконане у формі нагрівального трубопроводу 8, по якому напрямляють нагрівальний засіб 8. Внаслідок теплопередачі від теплоджерела 70 у випарнику 6 відбувається принаймні часткове випаровування охолоджувального засобу. Утворюваний при цьому пароподібний охолоджувальний засіб відводять із випарника 6 по відвідному трубопроводу 10 випарника (називаному також зворотним трубопроводом випарника або паропроводом).
Далі в напрямку потоку пароподібний охолоджувальний засіб по підвідному трубопроводу 16 конденсатора (називаному також підвідною лінією конденсатора) напрямляють у конденсатор 18. Конденсатор 18 виконаний у формі теплообмінника, який термічно сполучений з тепловідводом 72, в даному випадку лише як приклад виконаним у формі охолоджувального трубопроводу 20, по якому напрямляють охолоджувальний засіб. Внаслідок передачі тепла тепловідводу 72 в конденсаторі 18 відбувається конденсація пароподібного охолоджувального засобу. Зріджений таким чином охолоджувальний засіб випускають із конденсатора 18 по відвідному трубопроводу 22 конденсатора (називаному також зворотним трубопроводом конденсатора), який далі в напрямку потоку сполучений із підвідним трубопроводом 4 випарника, внаслідок чого циркуляція поновлюється.
У разі застосування охолоджувального контуру з примусовим напрямленням потоку між відвідним трубопроводом 10 випарника і підвідним трубопроводом 16 конденсатора встановлюють насос 14 для транспортування охолоджувального засобу.
Проте, для різних варіантів застосування охолоджувальний контур 2 виконують переважно в формі пасивного циркуляційного контуру, що не містить активних компонентів, зокрема насосів.
У цьому випадку відвідний трубопровід 10 випарника безпосередньо переходить у підвідний трубопровід 16 конденсатора. При цьому циркуляція охолоджувального засобу відбувається згідно з принципом природної циркуляції під дією різниці температур між теплоджерелом 70 і тепловідводом 72. Для цього компоненти встановлюють на відповідній геодезичній висоті один відносно одного і належним чином узгоджують поперечні перерізи трубопроводів тощо.
Температура кипіння охолоджувального засобу відповідним чином узгоджена з комбінацією співвідношень температур і тисків в охолоджувальному контурі 2, завдяки чому фактично бо забезпечується бажане випаровування у випарнику 6 і конденсація в конденсаторі 18. Внаслідок зміни фаз охолоджувального засобу з рідкої на газоподібну і з газоподібної на рідку такий контур називають двофазним охолоджувальним контуром.
Двофазні системи теплопередачі дозволяють досягти високої ефективності теплопередачі при невеликих значеннях різниці температур як рушійної сили процесу передачі тепла. Проте, стрибки тиску чи конденсації є суттєвою проблемою, оскільки можуть спричинити екстремальні механічні навантаження. В найгіршому випадку це призводить до руйнування системи.
Нестаціонарні та почасти хаотичні процеси в гідравлічних компонентах можуть спричинити сильні флуктуації чи коливання в системі, тому ділянки, по яких напрямляють пару, зміщують в зони із нижчою температурою стінок. При цьому залежно від конкретних обставин може відбуватися стрибкоподібна конденсація пари, і, таким чином, утворення так званих стрибків конденсації.
Спрощено це можна пояснити таким чином: при утворенні парової пробки у трубопроводі випарника відбувається сильне охолодження оточення. Особливої уваги варте циклічне охолодження стінки труби. Це означає, що потрібен деякий час для нагрівання і досягнення необхідного перегрівання стінки. Таким чином, існують сильні локальні флуктуації з певною частотою коливань. Оскільки в трубі випарника існують різні зони кипіння з різними частотами коливань, навіть при загальному стаціонарному стані існує локальна зона нестаціонарного стану. Проте, оскільки в пасивних системах локальні умови кипіння впливають також на рушійну силу потоку, завжди існують флуктуації потоку. В найгіршому випадку виникає локальний або глобальний резонанс, і вся система переходить у дуже несприятливий стан (із можливим значним зменшенням тепловідводу).
Окрім цього, існує ще такий недолік: залежно від рівня тепловідводу в конденсаторі може відбуватися переохолодження конденсату. Переохолоджену рідину у випарнику спочатку необхідно знову доводити до температури кипіння. Проте, оскільки однофазна теплопередача є значно гіршою, аніж двофазна, потенціал випарника використовується лише недостатньо.
Зображений на фіг. 2 комплекс апаратури дозволяє зменшити або навіть повністю уникнути подібних процесів. Наведений далі опис грунтується на описі фіг. 1 і сконцентрований на здійснених модифікаціях охолоджувального контуру 2.
Суттєвим елементом модифікації є приєднаний до оохолоджувального контуру 2, взаємодіючий з рідинним стовпом як гідродинамічним гасником коливань демпфірувальний резервуар 24, який з урахуванням його функції розділення циркуляційних контурів випарника і конденсатора може бути названий також розділювальним резервуаром (див. далі).
Демпфірувальний резервуар 24 має герметично ізольовану з усіх боків від оточення стінкою 26 внутрішню порожнину 28, об'єм якої є достатньо великим для реалізації покладених на неї головних задач гасіння коливань і напрямлення середовищ. Окрім цього, передбачено чотири виконуючих різні функції приєднувальних елементи 30, 32, 34, 36, які особливим чином сполучені з системою трубопроводів охолоджувального контуру 2. В процесі роботи охолоджувального контуру 2 у внутрішній порожнині 28 демпфірувального резервуара 24 накопичуються рідкий, а також пароподібний охолоджувальні засоби, причому рідка фаза під дією сили тяжіння осідає у придонній зоні 38, а газо/пароподібна фаза накопичується вгорі у верхній зоні 40.
Перший приєднувальний елемент 30 введений у придонну зону 38 демпфірувального резервуара 24, зокрема безпосередньо в дно, крізь оточуючу стінку 26. Він приєднаний до сполученого з входом 42 випарника підвідним трубопроводом 4 випарника; таким чином, у процесі роботи накопичений у придонній зоні 38 рідкий охолоджувальний засіб через приєднувальний елемент 30 і підвідний трубопровід 4 випарника напрямляють у випарник 6, в якому відбувається випаровування охолоджувального засобу.
До другого приєднувального елемента 32, який також виведений у придонну зону 38 демпфірувального резервуара 24, зокрема безпосередньо в дно, залежно від конкретних обставин дещо вище крізь оточуючу стінку 26, приєднаний відведений від виходу 44 випарника відвідний трубопровід 10 випарника. В загальному випадку охолоджувальний засіб у випарнику б випаровується не повністю, а лише частково; таким чином, утворювану суміш рідкого і пароподібного охолоджувальних засобів напрямляють по відвідному трубопроводу 10 випарника через приєднувальний елемент 32 у внутрішню порожнину 28 демпфірувального резервуара 24, в якому, як описано вище, відбувається розділення фаз.
Третій приєднувальний елемент 34 виведений у верхню зону 40 демпфірувального резервуара 24, зокрема безпосередньо в кришку, крізь оточуючу стінку 26. До нього приєднаний відведений від входу 46 конденсатора підвідний трубопровід 16 конденсатора; таким чином, накопичуваний у верхній зоні 40 пароподібний охолоджувальний засіб через приєднувальний елемент 34 і підвідний трубопровід 16 конденсатора напрямляють у конденсатор 18, в якому відбувається конденсація пароподібного охолоджувального засобу.
Насамкінець, четвертий приєднувальний елемент 36 виведений у верхню зону 40 демпфірувального резервуара 24, зокрема безпосередньо в кришку, крізь оточуючу стінку 26.
До нього приєднаний відведений від виходу 48 конденсатора відвідний трубопровід 22 конденсатора; таким чином, зріджений у конденсаторі 18 охолоджувальний засіб через відвідний трубопровід 22 конденсатора і приєднувальний елемент 36 напрямляють у демпфірувальний резервуар 24.
Таким чином, підключені до вищеописаних приєднувальних елементів 30, 32, 34 трубопроводи 4, 10, 16 сполучені безпосередньо з внутрішньою порожниною демпфірувального резервуара 24, завдяки чому при встановленій у нормальному режимі роботи гідродинаміці потоку забезпечується можливість вирівнювання тисків між внутрішньою порожниною 28 і цими трубопроводами 4, 10, 16. На відміну від цього, четвертий приєднувальний елемент 36 виконаний таким чином, що приєднаний до нього трубопровід, а саме відвідний трубопровід 22 конденсатора, сполучений із внутрішньою порожниною 28 демпфірувального резервуара 24 з утворенням гідравлічного герметизувального елемента 50. Подібний гідравлічний герметизувальний елемент 50 називають також сифоном або трапом. Утворюваний у процесі роботи охолоджувального контуру 2 рідинний стовп 52 із рідкого охолоджувального засобу перешкоджає пропусканню газів або в будь-якому випадку ускладнює його, завдяки чому забезпечується утворення різниці тисків між внутрішньою порожниною 28 і відвідним трубопроводом 22 конденсатора. Висота бН утворюваного рідинного стовпа 52 при цьому корелює з різницею тисків бр.
Гідравлічний герметизувальний елемент 50 у принципі може бути розміщений поза демпфірувальним резервуаром 24. Проте, переважно його розміщують на ділянці труби у внутрішній порожнині 28 демпфірувального резервуара 24 і виконують у будь-якій формі, яка є доцільною для виконання відповідної функції. Наприклад, він може містити, як зображено на фіг. 2, кінець 54 труби, який вгорі виведений у відкритий догори резервуар 56. Альтернативно або додатково можуть бути застосовані відомі ділянки 58 труби в формі літер М, 5 або ./) чи функціонально еквівалентні форми виконання, як зображено на фіг. З на прикладі дугоподібної
Зо ділянки труби в формі літери 4).
Наявність рідинного стовпа 52 сифону дозволяє утворювати зворотний потік пари, а також забезпечувати гасіння коливань у системі. Це означає, що рідинний стовп 52 необхідно узгоджувати з очікуваними нестабільностями системи. На фіг.2 відкритий догори отвір оточуючого резервуара 56 має значно більший поперечний переріз, аніж введена в нього труба 54. Це означає, що невелика різниця висоти в резервуарі 56 спричиняє значно більшу різницю висоти в трубі 54 (відповідно до співвідношення площ поверхонь). Оскільки загальна різниця висоти бН корелює з різницею тисків бр, забезпечується протидія коливанням тиску в системі.
Висоту вбудовування сифону слід узгоджувати з загальним діапазоном параметрів системи. Це означає, що при невеликій теплопродуктивності рідка фаза переважно сконцентрована в зоні випарника, тобто резервуар є майже порожнім. При високій теплопродуктивності відносно велика кількість рідкої фази концентрується в резервуарі (завдяки великій кількості пари у випарнику). Виходячи з цього, слід розраховувати параметри компонентів системи.
Для підтримання процесу природної циркуляції в охолоджувальному контурі 2 випарник 6, конденсатор 18 і демпфірувальний резервуар 24 розміщені на відповідній геодезичній висоті один відносно одного. Зокрема, демпфірувальний резервуар 24 переважно встановлюють нижче конденсатора 18, завдяки чому відвідний трубопровід 22 конденсатора від конденсатора 18 до демпфірувального резервуара 24 в основному виконують в формі низхідного стояка. Крім цього, з урахуванням виключно гідростатичних аспектів переважним є розміщення випарника 6 нижче демпфірувального резервуара 24. Внаслідок цього відвідний трубопровід 10 випарника переважно виконують у формі висхідного стояка, а підвідний трубопровід 4 випарника виконують у формі низхідного стояка. Проте, оскільки в даному випадку йдеться про гідродинамічну систему, яка до того ж є двофазною, на практиці позитивним може виявитися інше розміщення компонентів.
Таким чином, в охолоджувальному контурі 2 згідно з фіг. 2 як лінія трубопроводу від випарника 6 до конденсатора 18, так і лінія трубопроводу від конденсатора 18 до випарника 6 прокладені крізь спільний демпфірувальний резервуар 24. Рідинний стовп 52 у демпфірувальному резервуарі 24 разом із утвореною внутрішньою порожниною 28 компенсаційним об'ємом забезпечує можливість розділення циркуляційних контурів і заспокоєння потоку в перехідних зонах, оскільки він функціонує як гідродинамічний гасник бо коливань. Окрім цього, завдяки рідинному стовпу 52 досягається зменшення тиску зі сторони виходу в конденсаторі 18, результатом чого є зростання різниці тисків в конденсаторі 18 як рушійної сили процесу теплопередачі, а разом із цим також збільшення масового потоку в охолоджувальному контурі 2.
Інша перевага демпфірувального резервуара 24 полягає в попередньому нагріванні конденсату. Оскільки на виході 44 випарника (відносний) вміст пари становить менше одиниці, частина насиченої рідини через демпфірувальний резервуар 24 знову повертається на вхід 42 випарника. При цьому відбувається змішування можливо переохолодженого конденсату з насиченою рідиною. Внаслідок цього зменшуються зони однофазної теплопередачі у випарнику 6 і поліпшується загальний процес (термодинамічна оптимізація).
Таким чином, зображений на фіг.2 та 3 комплекс апаратури використовують як для підвищення ефективності тепловідводу, так і для зменшення стрибків конденсації у пасивному двофазному процесі циркуляції.
ПОЗИЦІЙНІ ПОЗНАЧЕННЯ
2 Охолоджувальний контур 4 Підвідний трубопровід випарника 6 Випарник 8 Нагрівальний трубопровід 10 Відвідний трубопровід випарника 14 Насос 16 Підвідний трубопровід конденсатора 18 Конденсатор 20 Охолоджувальний трубопровід 22 Відвідний трубопровід конденсатора 24 Демпфірувальний резервуар 26 Оточуюча стінка 28 Внутрішня порожнина
Перший приєднувальний елемент 32 Другий приєднувальний елемент 34 Третій приєднувальний елемент
Зо 36 Четвертий приєднувальний елемент 38 Придонна зона 40 Верхня зона 42 Вхід випарника 44 Вихід випарника 46 Вхід конденсатора 48 Вихід конденсатора 50 Гідравлічний герметизувальний елемент 52 Рідинний стовп 54 Кінець труби 56 Резервуар 58 Ділянка труби 70 Теплоджерело 72 Тепловідвід

Claims (1)

  1. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
    1. Пасивний двофазний охолоджувальний контур (2), що містить випарник (6) і конденсатор (18) для циркулюючого в охолоджувальному контурі (2) охолоджувального засобу, причому до випарника (6) приєднані підвідний трубопровід (4) випарника і відвідний трубопровід (10) 50 випарника, і причому до конденсатора (18) приєднані підвідний трубопровід (16) конденсатора і відвідний трубопровід (22) конденсатора, причому також підвідний трубопровід (4) випарника, відвідний трубопровід (10) випарника, підвідний трубопровід (16) конденсатора і відвідний трубопровід (22) конденсатора сполучені зі спільним демпфірувальним резервуаром (24), причому відвідний трубопровід конденсатора (22) виконаний з можливістю утворення з рідкого 55 охолоджувального засобу в процесі роботи охолоджувального контуру (2) рідинного стовпа (52) як гідравлічного герметизувального елемента (50), а також гідродинамічного гасника коливань, який відрізняється тим, що відвідний трубопровід (22) конденсатора виведений у верхню зону (40) демпфірувального резервуара (24) і містить ділянку труби, що видається у внутрішню порожнину (28) демпфірувального резервуара (24) з можливістю утворення гідравлічного бо герметизувального елемента (50).
    2. Охолоджувальний контур (2) за пунктом 1, який відрізняється тим, що гідравлічний герметизувальний елемент (50) містить ділянку (58) труби у формі літери /, 5 або ..
    З. Охолоджувальний контур за будь-яким із пунктів 1-2, який відрізняється тим, що гідравлічний герметизувальний елемент (50) містить кінець (54) труби, введений у відкритий догори резервуар (56).
    4. Охолоджувальний контур за будь-яким із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що підвідний трубопровід (4) випарника і відвідний трубопровід випарника (10) виведені у придонну зону (38) демпфірувального резервуара (24).
    5. Охолоджувальний контур за будь-яким із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що демпфірувальний резервуар (24) встановлений нижче конденсатора (18), а також тим, що відвідний трубопровід (22) конденсатора переважно виконаний у формі низхідного стояка. ра Ше /,/ 20 в Ше реа й з і с р - 18 ФІГ, 1 пенн-оо Ав 18 тот 2 280072 20 34 48 4 36 Ба ; й вн-вр 24
    50. 38 Ши -56 ; с - 6 32 Ше 70 й 44 42 А
    ФІГ. 2
    ФІГ.
    З
UAA201610388A 2014-03-19 2015-03-17 Пасивний двофазний охолоджувальний контур UA119555C2 (uk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014205086.3A DE102014205086B3 (de) 2014-03-19 2014-03-19 Passiver Zweiphasen-Kühlkreislauf
PCT/EP2015/055529 WO2015140151A1 (de) 2014-03-19 2015-03-17 Passiver zweiphasen-kühlkreislauf

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA119555C2 true UA119555C2 (uk) 2019-07-10

Family

ID=52781020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201610388A UA119555C2 (uk) 2014-03-19 2015-03-17 Пасивний двофазний охолоджувальний контур

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9874406B2 (uk)
EP (1) EP3120090B1 (uk)
JP (1) JP2017511458A (uk)
KR (1) KR102266037B1 (uk)
CN (1) CN106105411B (uk)
BR (1) BR112016020276B1 (uk)
CA (1) CA2940313C (uk)
DE (1) DE102014205086B3 (uk)
EA (1) EA030562B1 (uk)
PL (1) PL3120090T3 (uk)
UA (1) UA119555C2 (uk)
WO (1) WO2015140151A1 (uk)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206478A1 (de) 2015-04-10 2016-10-13 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage mit Flüssigkeitskreislauf und Komponenten dafür
JP6170110B2 (ja) * 2015-10-15 2017-07-26 Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 冷却装置および冷媒中継装置
US10429102B2 (en) 2016-01-05 2019-10-01 Carrier Corporation Two phase loop distributed HVACandR system
US11035619B2 (en) * 2016-12-09 2021-06-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Drainage for temperature and humidity controlling system
EP4300008A1 (de) 2022-06-30 2024-01-03 Kernkraftwerk Gösgen-Däniken AG Passives zweiphasen-raumkühlungssystem

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1449724A (en) * 1973-03-06 1976-09-15 Philips Nv Apparatus for evaporating liquids
US4314601A (en) * 1978-10-04 1982-02-09 Giuffre Anthony A Heat exchange system for recycling waste heat
AU8098891A (en) * 1990-07-20 1992-02-18 Alberni Thermodynamics Ltd. Heating and cooling system for air space in a building
JP3303644B2 (ja) * 1995-12-28 2002-07-22 古河電気工業株式会社 ループ式熱輸送システム
JP3374171B2 (ja) * 1999-04-16 2003-02-04 独立行政法人産業技術総合研究所 熱輸送装置
US6477847B1 (en) * 2002-03-28 2002-11-12 Praxair Technology, Inc. Thermo-siphon method for providing refrigeration to a refrigeration load
US20050115698A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Jung-Yen Hsu Structure of heat sink
US20070273024A1 (en) * 2003-12-08 2007-11-29 Henry Madsen Cooling System with a Bubble Pump
US7511957B2 (en) * 2006-05-25 2009-03-31 International Business Machines Corporation Methods for fabricating a cooled electronic module employing a thermally conductive return manifold structure sealed to the periphery of a surface to be cooled
JP2007333293A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Denso Corp ループ式ヒートパイプ
EP1892810B1 (de) * 2006-08-25 2011-05-18 Abb Research Ltd. Kühleinrichtung für ein elektrisches Betriebsmittel
US7882890B2 (en) * 2007-07-13 2011-02-08 International Business Machines Corporation Thermally pumped liquid/gas heat exchanger for cooling heat-generating devices
DE102008025544A1 (de) * 2008-05-27 2009-12-03 Thomas Endrullat Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Kühlung elektronischer Bauelement in der Computertechnik
PL217073B1 (pl) * 2010-07-26 2014-06-30 Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie Sposób samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej i urządzenie do samoczynnego przekazywania ciepła w kierunku odwrotnym do konwekcji naturalnej
DE102011003041A1 (de) * 2011-01-24 2012-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer supraleitenden Maschine
JP5806581B2 (ja) * 2011-10-18 2015-11-10 株式会社日立製作所 冷却システム及び冷却方法
FR2984472B1 (fr) * 2011-12-20 2015-10-02 Astrium Sas Dispositif de regulation thermique passif
CN103327792A (zh) * 2013-06-06 2013-09-25 江苏大学 一种无源驱动的微通道散热冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106105411A (zh) 2016-11-09
KR20160133504A (ko) 2016-11-22
EP3120090A1 (de) 2017-01-25
CN106105411B (zh) 2019-03-19
JP2017511458A (ja) 2017-04-20
US20160377352A1 (en) 2016-12-29
CA2940313C (en) 2022-08-30
EP3120090B1 (de) 2018-10-03
CA2940313A1 (en) 2015-09-24
EA030562B1 (ru) 2018-08-31
BR112016020276B1 (pt) 2022-10-04
DE102014205086B3 (de) 2015-07-23
WO2015140151A1 (de) 2015-09-24
BR112016020276A2 (uk) 2017-08-15
US9874406B2 (en) 2018-01-23
PL3120090T3 (pl) 2019-05-31
EA201691876A1 (ru) 2017-02-28
KR102266037B1 (ko) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA119555C2 (uk) Пасивний двофазний охолоджувальний контур
US9829253B2 (en) Advanced control two phase heat transfer loop
EP2940416B1 (en) Loop heat pipe apparatus for heat transfer and thermal control
US11118790B2 (en) Thermal server plant and a method for controlling the same
JP6927229B2 (ja) 相変化冷却装置および相変化冷却方法
JPWO2016047098A1 (ja) 冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法
JP4701147B2 (ja) ２段吸収冷凍機
JP6458169B2 (ja) 熱回収装置
KR101374751B1 (ko) 유기유체를 이용한 잔열제거시스템과 잔열제거시스템의 구동방법
JP2009248013A (ja) 造水装置
JP6771402B2 (ja) 原子力プラント
RU150816U1 (ru) Система аварийного отвода тепла
JP6312935B2 (ja) 脱気器（オプション）
Kuang et al. Modeling and numerical investigation on the effects of filling ratio in a large separate heat pipe loop
KR20100044738A (ko) 랭킨사이클을 활용한 굴뚝 내부 배기가스 냉각시스템
KR20150044023A (ko) 냉각성능이 증대된 랭킨사이클을 이용한 변압기 냉각장치
RU2665754C1 (ru) Способ и устройство для теплопередачи
US5791158A (en) Internally fired generator with improved solution flow
JP2015055380A (ja) 冷却装置
KR20170134900A (ko) 반만액식 증발기가 구비된 선박용 냉동장치
RU2667249C1 (ru) Система терморегулирования на базе двухфазного теплового контура
US2221551A (en) Absorption refrigerating apparatus
US1976800A (en) Absorption refrigerating system
US462551A (en) Fourths to james sinclair
RU2611537C2 (ru) Способ и устройство для уменьшения влияния движения в теплообменнике типа "сердцевина-оболочка"