UA21996U - Contour heat pipe - Google Patents

Contour heat pipe Download PDF

Info

Publication number
UA21996U
UA21996U UAU200611759U UAU200611759U UA21996U UA 21996 U UA21996 U UA 21996U UA U200611759 U UAU200611759 U UA U200611759U UA U200611759 U UAU200611759 U UA U200611759U UA 21996 U UA21996 U UA 21996U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
heating zone
heat
steam
ctt
capillary
Prior art date
Application number
UAU200611759U
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Volodymyr Mykhailovyc Baturkin
Stanislav Kostiantynovych Zhuk
Yurii Oleksandrovych Khmeliov
Yurii Valeriiovych Fridrikhson
Volodymyr Yuriiovych Kravets
Dmytro Mydkhatovy Haliautdinov
Original Assignee
Kyiv Polytechnical Institute
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 Kyiv Polytechnical Institute filed Critical Kyiv Polytechnical Institute
Priority to UAU200611759U priority Critical patent/UA21996U/en
Publication of UA21996U publication Critical patent/UA21996U/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

A contour heat pipe (CHP) has heating zone, this consists of a cylindrical housing with heat exchange surface, a capillary pump, collector, steam discharge channels, compensation cavity, flange, pipelines for steam and condensate. The compensation cavity is placed at the outer side of the heating zone of CHP cylindrical housing. To the inner surface of CHP heating zone layer of high-porous capillary structure is attached.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до теплотехнічної галузі, зокрема систем забезпечення теплових режимів 2 пристроїв і транспорту тепла.The useful model refers to the heat engineering industry, in particular systems for ensuring the thermal regimes of 2 devices and heat transport.

Відомі теплові труби контурного типу (КТТ), які знайшли застосування у багатьох теплообмінних схемах "джерело"-"сток"'. Одна з таких конструкцій КТТ наведена у ІА. с. Мо1196665 Р28015/00, Мо45, 07.12.85). Вона містить: пароконденсатопроводи, випарювач з пористою насадкою (капілялрним насосом) у вигляді полого циліндра, колектора з паровідвідними каналами, компенсаційну порожнину і конденсатор. Компенсаційна 70 порожнина цієї конструкції знаходиться всередині КТТ, цілком охоплюється теплосприймальною поверхнею, що призводить до небажаного притоку тепла через всю поверхню компенсаційної порожнини, підвищення в ній тиску і зменшенню тим самим потенціалу роботи КТТ. Окрім того, зона нагріву цієї конструкції КТТ ефективно відбирає тепло від "джерела" тільки за умов кондуктивного теплообміну, що значно обмежує можливості її використання, наприклад, відводу тепла від газового потоку. 12 Відома інша конструкція контурної теплової труби для мініатюрних теплотранспортних систем |Міпіайиге Неаї їгапеїег зувіет м/йй Іоор Неаї Ріревз. ІМ МіпеК Іпіегпайопа! Зетіпаг "Неаї Рірез, Неаї Ритрз, Кеїгідегайогв", р.р.15...22, МіпеК, Веїагиз, Зеріетрег 4-7, 2000). До складу цієї труби входять усі елементи конструкції, які перераховані у попередньому аналогу. Відмінність полягає у застосуванні циліндричної, площинної теплосприймальної поверхні, тепло до якої передається від "джерела" кондуктивним методом. Ця відмінність дещо розширює можливості використання такої конструкції, коли теплонавантажена поверхня "джерела" має площинну геометрію. Притоки тепла в компенсаційну порожнину в цьому випадку відбуваються тільки з одного боку, що підвищує потенціал роботи КТТ. Разом з тим, суттєвим недоліком даної конструкції є обмежена можливість масштабування (збільшення розмірів) КТТ через вплив тиску на плоску поверхню зони нагріву. Крім того, в даній конструкції залишається низька ефективність при відборі тепла від нагрітого газового потоку.Contour-type heat pipes (KTT) are known, which have been used in many "source"-"sink" heat exchange schemes. One of such constructions of KTT is given in IA. with. Mo1196665 P28015/00, Mo45, 07.12.85). It contains: vapor condensate pipes, an evaporator with a porous nozzle (capillary pump) in the form of a hollow cylinder, a collector with vapor removal channels, a compensation cavity and a condenser. The compensating cavity 70 of this design is located inside the CTT, completely covered by a heat-receptive surface, which leads to an unwanted inflow of heat through the entire surface of the compensating cavity, an increase in pressure in it, and thus a decrease in the potential of the CTT. In addition, the heating zone of this KTT design effectively removes heat from the "source" only under the conditions of conductive heat exchange, which significantly limits the possibilities of its use, for example, heat removal from a gas flow. 12 Another design of a contour heat pipe for miniature heat transport systems is known. IM MipeK Ipiegpayopa! Zetipag "Neai Rirez, Neai Rytrz, Keigidegayogv", year 15...22, MipeK, Veiagiz, Zerietreg 4-7, 2000). This pipe includes all the structural elements listed in the previous analogue. The difference lies in the use of a cylindrical, planar heat-receptive surface, to which heat is transferred from the "source" by the conductive method. This difference somewhat expands the possibilities of using such a design when the heat-loaded surface of the "source" has a planar geometry. Heat inflows into the compensation cavity in this case occur only from one side, which increases the potential of the CTT. At the same time, a significant drawback of this design is the limited possibility of scaling (increasing the size) of the CTT due to the effect of pressure on the flat surface of the heating zone. In addition, in this design, the efficiency of heat removal from the heated gas stream remains low.

За найближчий аналог технічної пропозиції слід вважати конструкцію контурної теплової труби, яка наведена -/п-) у (патенті Мо2101644, 280 15/04, Моб, 10.01.1998). Конструкція КТТ включає: зону нагріву, що складається з циліндричного корпусу з теплосприймальною поверхнею, паровідвідних каналів, колектора, капілярного насосу (капілярно-пористий насадок); компенсаційну порожнину, трубопроводи пари і конденсату, що з'єднують зону нагріву із зоною конденсації; конденсатор і фланець для з'єднання зони нагріву із джерелом тепла. Наведена ее, конструктивна схема передбачає кондуктивний підвід теплового потоку від "джерела" до теплосприймальної Фу поверхні зони нагріву і, відповідно, до контактуючого з нею капілярно-пористого насадку. На границі цих поверхонь відбувається пароутворення. Пара через паровідвідні канали і колектор поступає у паропровід, по о якому переміщується в конденсатор, який охолоджується, наприклад, водою або повітрям. Сконденсований «-- теплоносій по конденсатопроводу повертається до зони нагріву і через компенсаційну порожнину надходить доThe closest analogue of the technical proposal should be considered the design of the contour heat pipe, which is indicated -/n-) in (patent Mo2101644, 280 15/04, Mob, 10.01.1998). The construction of the KTT includes: a heating zone consisting of a cylindrical body with a heat-receptive surface, steam removal channels, a collector, a capillary pump (capillary-porous nozzle); compensation cavity, steam and condensate pipelines connecting the heating zone with the condensation zone; condenser and flange for connecting the heating zone to the heat source. The given design scheme provides a conductive supply of heat flow from the "source" to the heat-receptive Fu surface of the heating zone and, accordingly, to the capillary-porous nozzle in contact with it. Vapor formation occurs at the border of these surfaces. The steam enters the steam pipe through the steam removal channels and the collector, through which it moves to the condenser, which is cooled, for example, by water or air. Condensed "-- coolant returns to the heating zone through the condensate line and through the compensation cavity enters the

Зо капілярно-пористого насадку з протилежного боку від поверхні пароутворення. Капілярний насос постійно с підживлює конденсатом зону пароутворення і цикл контурної теплової труби повторюється. При кондуктивному теплопідводі ця система функціонує стабільно і достатньо ефективно.From the capillary-porous nozzle on the opposite side of the vapor formation surface. The capillary pump constantly feeds the vaporization zone with condensate and the cycle of the contour heat pipe repeats. With conductive heat supply, this system functions stably and efficiently enough.

Недоліками найближчого аналога, які обмежують діапазон її використання є: « - компенсаційна порожнина розташована занадто близько до поверхонь нагріву, що сприяє можливості З 70 блокування рідини з конденсатопроводу до капілярно-пористого насадка; с - практично, неможливе масштабування такої конструкції в напрямку збільшення її розмірів і збереження з» задовільних величин співвідношення маси зони нагріву до передаваного теплового потоку. У випадку циліндричних зон нагріву (як у одного з аналогів) збільшення їх діаметрів та довжин також ускладнено виникненням невиправданих об'ємів компенсаційних порожнин, ростом гідравлічного опору, збільшених товщин капілярно-пористих насадок, ускладненням технологічних прийомів; о - ефективність роботи такої конструкції забезпечується тільки при кондуктивному теплопідводі до її зони - нагріву.The disadvantages of the closest analog, which limit the range of its use, are: "- the compensating cavity is located too close to the heating surfaces, which contributes to the possibility of blocking liquid from the condensate line to the capillary-porous nozzle; c - it is practically impossible to scale such a structure in the direction of increasing its size and maintaining satisfactory values of the ratio of the mass of the heating zone to the transmitted heat flow. In the case of cylindrical heating zones (as in one of the analogs), the increase in their diameters and lengths is also complicated by the occurrence of unjustified volumes of compensation cavities, the growth of hydraulic resistance, increased thicknesses of capillary-porous nozzles, and the complication of technological techniques; o - the efficiency of such a structure is ensured only with conductive heat supply to its zone - heating.

В основу корисної моделі поставлена задача створити таку контурну теплову трубу, яка, шляхом о раціонального розміщення компенсаційної порожнини на корпусі КТТ та використання високопористої капілярної (Те) 20 структури в зоні нагріву КТТ, підвищує Інтенсивність конвективного теплообміну, технологічність виготовлення та забезпечує її масштабування, розширення сфери її застосування і підвищення ефективності роботи. щи Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в контурній тепловій трубі, що містить зону нагріву, яка складається з циліндричного корпусу з теплосприймальною поверхнею, капілярного насосу, колектора, паровідводних каналів, компенсаційної порожнини, фланець, трубопроводи пари і конденсата, яка відрізняється 29 тим, що компенсаційна порожнина розташована на зовнішній стороні зони нагріву циліндричного корпусу КТТ, а с до внутрішньої поверхні зони нагріву КТТ приєднано шар високопористої капілярної структури.The useful model is based on the task of creating such a contoured heat pipe, which, through the rational placement of the compensation cavity on the CTT body and the use of a highly porous capillary (Te) 20 structure in the CTT heating zone, increases the intensity of convective heat exchange, the manufacturability of manufacturing and ensures its scaling, expansion areas of its application and improvement of work efficiency. The problem is solved due to the fact that in a contour heat pipe containing a heating zone, which consists of a cylindrical body with a heat-receptive surface, a capillary pump, a collector, steam discharge channels, a compensation cavity, a flange, steam and condensate pipelines, which differs 29 in that , that the compensating cavity is located on the outside of the heating zone of the CTT cylindrical body, and c a layer of highly porous capillary structure is attached to the inner surface of the CTT heating zone.

Виготовлення такої конструкції зони нагріву КТТ, дозволяє зняти обмеження, пов'язані з масштабуванням зони нагріву. Так, збільшення діаметрів циліндру, або розширення "поясу", не потребує додаткових підсилень елементів, що піддаються тиску, як у середині зони нагріву КТТ так і з боку газового потоку в середині 60 циліндра, на противагу конструкції зони нагріву найближчого аналога. Масштабування не призводить також до необхідності "штучного" збільшення товщини капілярного насосу, як це має місце в аналогах КТТ з циліндричною геометрією зони нагріву.The production of such a design of the heating zone of the CTT allows to remove the restrictions associated with the scaling of the heating zone. Thus, an increase in the diameter of the cylinder, or an expansion of the "belt", does not require additional reinforcements of the elements subjected to pressure, both in the middle of the heating zone of the CTT and on the side of the gas flow in the middle of the cylinder 60, in contrast to the design of the heating zone of the nearest analogue. Scaling also does not lead to the need to "artificially" increase the thickness of the capillary pump, as is the case in CTT analogs with a cylindrical geometry of the heating zone.

Принцип дії і фізична суть тепломасообмінних процесів корисної моделі ілюструється кресленням.The principle of operation and the physical essence of the heat and mass transfer processes of the useful model is illustrated by a drawing.

На Фіг.1 представлено переріз зони нагріву КТТ, бо а на Фіг.2 надана спрощена схема адаптації такої зони нагріву КТТ до теплонапруженого циліндру двигунаFig. 1 shows a section of the CTT heating zone, while Fig. 2 shows a simplified diagram of the adaptation of such a CTT heating zone to the thermally stressed engine cylinder

Стірлінга.Stirling.

Конструкція зони нагріву контурної теплової труби (Фіг.1, 2) складається з наступних елементів: циліндричного корпусу 2 з теплосприймальною поверхнею, фланця 1, який є елементом зовнішнього корпусуThe design of the heating zone of the contour heat pipe (Fig. 1, 2) consists of the following elements: cylindrical body 2 with a heat-receptive surface, flange 1, which is an element of the outer body

ЗОНИ нагріву і містить в середині - компенсаційну порожнину З частково заповнену теплоносієм; капілярний насос 4, приєднаний до циліндричної поверхні корпуса 2 з паровідвідними каналами 6; паровий колектор 10. В компенсаційну порожнину введено трубопровід конденсату 11, а до парового колектора приєднано трубопровід пари 12. В середині циліндричного корпусу 2, з протилежного боку, але у межах його розташування, приєднана конвективна поверхня 7 з високопористої капілярної структури, яка з внутрішнього боку закрита обичайкою 8 та /о0 утворює коаксіальний канал для проходу газового теплоносія 9. На загальній схемі адаптації зони нагріву КТТ на циліндрі (Фіг.2) наведені додаткові позиції, характерні для однієї з конструкцій двигуна Стірлінга: робочий шток 13; мембрана 14 (аналог робочого поршня); витискуючий поршень 15; і зона підводу теплового потоку 16.ZONES of heating and contains in the middle - a compensatory cavity C partially filled with a coolant; capillary pump 4, attached to the cylindrical surface of the housing 2 with steam removal channels 6; steam collector 10. A condensate pipeline 11 is introduced into the compensation cavity, and a steam pipeline 12 is connected to the steam collector. In the middle of the cylindrical body 2, on the opposite side, but within the limits of its location, a convective surface 7 of a highly porous capillary structure is attached, which on the inner side it is closed by a sleeve 8 and /o0 forms a coaxial channel for the passage of gas coolant 9. The general diagram of the adaptation of the CTT heating zone on the cylinder (Fig. 2) shows additional positions characteristic of one of the designs of the Stirling engine: working rod 13; membrane 14 (similar to the working piston); extrusion piston 15; and the heat flow supply zone 16.

Елементи зони нагріву КТТ можуть бути виконані з відомих і розповсюджених матеріалів, наприклад: 7/5 фланець зовнішнього корпусу 1 - з вуглецевої, або легованої сталі; капілярний насос 4 - з мілкодисперсного металевого порошку з діаметром часток 1...10мкм, або з металоповсті на основі монодисперсних відтинків нержавіючого волокна діаметром 10...20мкм і довжиною 3...4мм; конденсатор і паропроводи 11 і 12 - капіляри з нержавіючої сталі діаметром 2...бмм; високо-пориста конвективна поверхня 7-з нержавіючого або мідного волокна діаметром 50...7Омкм; обичайка 8 і корпус циліндра 2 - з нержавіючої сталі.Elements of the CTT heating zone can be made of known and common materials, for example: 7/5 flange of the outer casing 1 - of carbon or alloy steel; capillary pump 4 - from finely dispersed metal powder with a particle diameter of 1...10 μm, or from metal felt based on monodisperse shades of stainless fiber with a diameter of 10...20 μm and a length of 3...4 mm; condenser and steam lines 11 and 12 - stainless steel capillaries with a diameter of 2...bmm; highly porous convective surface 7-made of stainless or copper fiber with a diameter of 50...7Ωm; cylinder head 8 and cylinder body 2 are made of stainless steel.

Зона нагріву контурної теплової труби працює наступним чином.The heating zone of the contour heat pipe works as follows.

Тепло від газового потоку 9, рух якого у верхню і нижню зони циліндра, ініціюється переміщенням витискаючого поршня 15, інтенсивно відбирається високо-пористою конвективною поверхнею 7, при цьому обичайка 8 забезпечує прохід газового потоку через пори цієї поверхні, практично, у повному обсязі. Тепловий потік від конвективної поверхні передається кондукцією через стінку корпусу циліндра 2 і нагріває, приєднану ов до неї, структуру капілярного насосу 4, насичену рідким теплоносієм, наприклад, водою. На границі контакту насосу 4 і стінки корпусу 2 виникає інтенсивне пароутворення обумовлене ефектом випаровування тонких о, плівок, які формуються в капілярній структурі насосу 4 на границі контакту. Потік пари по паровідвідним каналам б перетікає в колектор 10 і далі паропроводом 12 спрямовується в конденсатор (на рисунку не зображено) відомої конструкції який може бути віднесеним від зони нагріву КТТ за кілька метрів. В Ге зо конденсаторі відбувається конденсація пари і відповідно відбір тепла, а конденсат (рідина) висмоктується з конденсатора через конденсатопровід 11, компенсаційну порожнину З, отвори перфорованої пластини 5 - Ме капілярним насосом 4. таким чином, підтримується постійне підживлення рідким теплоносієм парогенеруючої Ге! границі насосу 4 і корпусу 2 і цикл завершується. Для випадків коливань потужностей теплового потоку, що відбирається від газового носія У у фланці 1 передбачається розташування додаткового об'єму рідкого -- теплоносія відомого як компенсаційна порожнина 3. її знаходження у, відносно, масивному і віддаленому від с пароутворюючих поверхонь зони нагріву КТТ, сприяє мінімізації температури теплоносія, а відтак і стабільності роботи усієї КТТ за рахунок зменшення вірогідності скіпання теплоносія і виникнення парових бульбашок, які б могли "розірвати", або "заблокувати" рідинний потік теплоносія до парогенеруючої зони.The heat from the gas flow 9, the movement of which into the upper and lower zones of the cylinder is initiated by the movement of the ejecting piston 15, is intensively removed by the highly porous convective surface 7, while the nozzle 8 ensures the passage of the gas flow through the pores of this surface, practically in full. The heat flow from the convective surface is transmitted by conduction through the wall of the cylinder body 2 and heats the structure of the capillary pump 4, which is attached to it and is saturated with a liquid coolant, for example, water. At the boundary of the contact of the pump 4 and the wall of the housing 2, intense steam formation occurs due to the effect of evaporation of thin o, films that are formed in the capillary structure of the pump 4 at the boundary of the contact. The flow of steam through the steam removal channels b flows into the collector 10 and then through the steam pipe 12 it is directed to the condenser (not shown in the figure) of a known design, which can be located several meters away from the heating zone of the CTT. In the Gezo condenser, steam is condensed and, accordingly, heat is removed, and the condensate (liquid) is sucked out of the condenser through the condensate line 11, the compensation cavity З, the holes of the perforated plate 5 - Me by the capillary pump 4. thus, the constant supply of the liquid heat carrier of the steam-generating Ge is supported! boundaries of pump 4 and housing 2 and the cycle ends. For cases of power fluctuations of the heat flow taken from the gas carrier U in flange 1, the location of an additional volume of liquid heat carrier known as the compensation cavity 3 is assumed. Its location in relatively massive and distant from the vapor-forming surfaces of the CTT heating zone contributes to minimization of the temperature of the coolant, and therefore the stability of the entire CTT operation due to the reduction of the probability of the coolant boiling and the appearance of steam bubbles, which could "break" or "block" the liquid flow of the coolant to the steam-generating zone.

Запропонована конструкція зони нагріву КТТ, може бути реалізована засобами звичайних технологій і « забезпечити тепловий режим функціонування найбільш "екологічно чистих" двигунів Стірлінга, які непотребують пл») с для своєї роботи енергоносіїв нафтового ряду.The proposed design of the CTT heating zone can be implemented by means of conventional technologies and "ensure the thermal mode of operation of the most "environmentally friendly" Stirling engines, which do not require oil-based energy carriers for their operation.

Claims (1)

;» Формула винаходу;" The formula of the invention , , ,, , , г) Контурна теплова труба (КТТ), що містить зону нагріву, яка складається з циліндричного корпусу з теплосприймальною поверхнею, капілярного насоса, колектора, паровідвідних каналів, компенсаційноїd) Contour heat pipe (KTT), containing a heating zone, which consists of a cylindrical body with a heat-receptive surface, a capillary pump, a collector, steam removal channels, a compensating - порожнини, фланець, трубопроводи пари і конденсата, яка відрізняється тим, що компенсаційна порожнина со розташована на зовнішній стороні зони нагріву циліндричного корпусу КТТ, а до внутрішньої поверхні зони нагріву КТТ приєднано шар високопористої капілярної структури. се) 42)- cavities, flange, steam and condensate pipelines, which is characterized by the fact that the compensating cavity is located on the outside of the heating zone of the cylindrical body of the CTT, and a layer of highly porous capillary structure is attached to the inner surface of the heating zone of the CTT. se) 42) с 60 б5p. 60 b5
UAU200611759U 2006-11-08 2006-11-08 Contour heat pipe UA21996U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU200611759U UA21996U (en) 2006-11-08 2006-11-08 Contour heat pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU200611759U UA21996U (en) 2006-11-08 2006-11-08 Contour heat pipe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA21996U true UA21996U (en) 2007-04-10

Family

ID=38022656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU200611759U UA21996U (en) 2006-11-08 2006-11-08 Contour heat pipe

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA21996U (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Experimental study of falling film evaporation heat transfer outside horizontal tubes
CN104508272B (en) Engine components sleeve with integrated heat transfer unit (HTU)
US8584740B2 (en) Passive device with micro capillary pumped fluid loop
Crepinsek et al. Effect of operational conditions on cooling performance of pump-assisted and capillary-driven two-phase loop
EP1859219A2 (en) Capillary condenser/evaporator
Zhang et al. Visualization study on the heat and mass transfer in the evaporator-compensation chamber of a loop heat pipe
CN101660880B (en) Variable conductance heat pipe
Zhang et al. Capillary performance characterization of porous sintered stainless steel powder wicks for stainless steel heat pipes
TWI443294B (en) Heat take-out device
CN101324409A (en) Hot pipe deposited horizontally
CN109458864B (en) Capillary pump loop heat pipe with outer space working capacity and working method
KR101097390B1 (en) Heat pipe with double pipe structure
US20080047692A1 (en) Open Loop Heat Pipe Radiator Having A Free-Piston For Wiping Condensed Working Fluid
WO2019080625A1 (en) Heat exchanger, gas turbine, boiler, and heat exchanger preparation method
US9074821B2 (en) Heat exchanger for cooling reaction gas, including a tubular connection between a cooled tube and an uncooled tube
UA21996U (en) Contour heat pipe
Du et al. Visualization investigation on temperature oscillation and two-phase behaviors of a flat loop heat pipe
RU179479U1 (en) Device for studying in-situ oxidation processes
KR102005339B1 (en) Thermosyphon with curved perforated plate
JPWO2019016873A1 (en) Wick
RU204216U1 (en) Cooled metalworking tools
RU2473035C1 (en) Heat loop pipe
KR100984969B1 (en) Heat pipe
RU2637548C1 (en) Plasma torch
US10684126B2 (en) Apparatus and method for layer thickness measurement for a vapor deposition method