ИСПАРИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F25B39/02 F28D15/02 

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к конструкции испарителей, являющихся одним из основных элементов теплопередающих устройств, может быть использовано при разработке тепловых труб для охлаждения и термостатирования элементов электроники.

Известна конструкция испарителя, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания. Недостатком конструкции является зависимость работоспособности испарителя от температуры в зоне полости питания.

Целью изобретения является улучшение работоспособности испарителя за счет создания возможности регулирования температуры в зоне полости питания.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции испарителя, содержащей корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания, установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, которые в зависимости от направления тока становятся либо поверхностями горячих и холодных спаев, либо наоборот. Причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения испарительной камеры, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания.

Тепловой контакт с полостью питания может быть выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания.

Капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта.

Для теплового контакта может быть использована тепловая труба. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый испаритель отличается тем, что установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания. Тепловой контакт одной из поверхностей спаев с зоной полости питания может быть выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания; при этом капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта. Для теплового контакта может быть использована тепловая труба.

На фиг. 1 изображена конструкция испарителя; на фиг. 2-6 частные конструкции испарителя: выполнение теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с полостью питания по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6); выполнение капиллярной структуры, соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области теплового контакта (фиг.4-6); использование тепловой трубы в качестве теплового контакта (фиг. 2 и 6).

Испаритель содержит корпус 1 испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру 2, которые образуют зону испарения 3 и зону полости питания 4. В зоне испарения осуществляется парообразование и отвод пара к паропроводу 5, который гидравлически соединен с зоной испарения. Зона полости питания служит для обеспечения поступления жидкого теплоносителя в зону испарения. Показан также жидкостный трубопровод 6, гидравлически соединенный с зоной полости питания (фиг. 1-6). Установлена термоэлектрическая батарея 7, имеющая как минимум две поверхности спаев 8 и 9, которые в зависимости от направления тока в батарее становятся либо поверхностными горячих и холодных спаев соответственно, либо наоборот. Причем поверхность спаев 8 соединена тепловым контактом 10 с зоной испарения 3, а поверхность спаев 9 соединена тепловым контактом 11 с зоной полости питания 4. Тепловой контакт 11 может быть выполнен по внешней поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6), а капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта (фиг. 4,5 и 6). В качестве теплового контакта может быть использована тепловая труба 12 (фиг. 2 и 6). На внешней поверхности корпуса в зоне испарения устанавливаются термостатируемые элементы 13, которые могут выделять или поглощать тепло.

Испаритель работает следующим образом.

При пропускании электрического тока термоэлектрическую батарею таким образом, что поверхность спаев 8 и 9 становятся соответственно поверхностями горячих и холодных спаев, за счет тепловых контактов 10 и 11 в зоне испарения имеет место тепловыделение, а в зоне полости питания охлаждение (1-ый режим работы). Вследствие охлаждения жидкости в зоне полости питания упругость ее паров уменьшается, и это приводит к увеличению количества жидкости, поступающей в единицу времени в зону полости питания по жидкостному трубопроводу 6. Таким образом, увеличивается питание капиллярной структуры и как следствие, происходит улучшение питания жидкостью зоны испарения. Поэтому увеличивается теплоотдача при испарении, что приводит к возрастанию теплоотвода от элемента 13. Поскольку холодопроизводительность термоэлектрической батареи зависит от силы тока, то и интенсивность процессов теплоотдачи в зоне испарения зависит от силы тока.

При пропускании электрического тока через термоэлектрическую батарею в обратном направлении поверхности спаев 8 и 9 становятся соответственно поверхностями холодных и горячих спаев (2-ой режим работы). Это приводит к нагреву зоны полости питания и к увеличению в ней упругости паров. В результате ухудшается питание капиллярной структуры и уменьшается поступление жидкости в зону испарения, что приводит к снижению интенсивности теплоотвода от элемента 13 и к увеличению его температуры.

Причем интенсивность теплоотвода также будет зависеть от силы тока.

Таким образом, интенсивность теплоотвода в зоне испарения зависит от направления электрического тока в термоэлектрической батарее и от значения силы тока.

При выполнении теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6) внутренняя поверхность в области выполнения этого теплового контакта становится областью стока тепла при 1-ом режиме работы. Тепло может передаваться посредством переноса пара с последующей его конденсацией (фиг. 2, 4 6) и дополнительно теплопроводностью по капиллярной структуре (фиг. 6). При этом возврат конденсата осуществляется либо его стеканием в поле массовых сил (фиг. 2), либо капиллярными силами, что осуществляется при выполнении капиллярной структуры соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта (фиг. 4, - 6). Зона полости питания может охлаждаться и путем непосредственного охлаждения жидкости, транспортируемой в зону испарения (фиг. 3). Для обеспечения теплового контакта используется тепловая труба (фиг. 2 и 6).

Во 2-ом режиме работы нагрев зоны полости питания осуществляется либо путем непосредственного нагрева паровой области (фиг. 2), либо посредством парообразования и переноса пара с последующей его конденсацией (фиг. 4-6) совместно с теплопроводностью по капиллярной структуре (фиг. 6), либо путем непосредственного нагрева жидкости с последующей ее транспортировкой в зону испарения (фиг. 3).

Использование термоэлектрической батареи, имеющей две поверхности спаев таким образом, что одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая с зоной полости питания, улучшает работоспособность устройства, поскольку создается возможность регулирования температуры в зоне полости питания, а следовательно, и интенсивности теплоотвода в зоне испарения путем управления электрическим током в термоэлектрической батарее по величине и направлению. Выполнение теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с зоной полости питания по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания упрощает технологию изготовления испарителя. При этом выполнение капиллярной структуры соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта обеспечивает работоспособность испарителя при любых ориентациях.

Использование тепловой трубы 12 для обеспечения теплового контакта существенно повышает эффективность устройства и делает возможным его изготовление более технологичным (фиг. 2 и 6).

Использование: в теплотехнике, например, при разработке тепловых труб для охлаждения и термостатирования элементов электроники. Сущность изобретения: улучшение работоспособности испарителя за счет создания возможности регулирования температуры в зоне полости питания обеспечивается это тем, что испаритель содержит корпус 1 испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру 2, которые образуют зону испарения 3 и зону полости питания 4, а также термоэлектрическую батарею 7, при этом поверхность спаев 8 последней соединена тепловым контактом 10 с зоной испарения 3, а поверхность спаев 9 - тепловым контактом 11 с зоной полости питания 4. Тепловой контакт 11 с зоной полости питания 4 может быть выполнен по наружной поверхности корпуса 1, а капиллярная структура 2 может быть выполнена соединенной в области этого контакта в внутренней поверхностью корпуса 1. Для теплового контакта может использоваться тепловая труба. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Испаритель, содержащий корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания, отличающийся тем, что установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания. 2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что тепловой контакт одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с зоной полости питания выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания. 3. Испаритель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что капиллярная структура выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта. 4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что для теплового контакта используется тепловая труба.