ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F28D15/04 

Изобретение относится к области теплотехники, в частности, к тепловым трубам и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов дискретно расположенных в пространстве, в том числе на различной высоте относительно приемника тепла.

Известно теплопередающее устройство [1], снабженное испарительной камерой (испарителем) с капиллярной насадкой внутри, организованной для подвода и испарения теплоносителя. Испаритель посредством гладкостенных паропровода и конденсатопровода связан с конденсатором и снабжен компенсационной полостью, находящейся в одном корпусе с насадкой, и выполняющей роль резервуара-гидроаккумулятора рабочей жидкости (жидкой фазы теплоносителя), которая вытесняется из паропровода и конденсатора при запуске и работе теплопередающего устройства. Такое устройство обеспечивает эффективный перенос тепла при любой ориентации в гравитационном поле, в том числе при работе в наиболее тяжелом "антигравитационном" режиме, когда испаритель находится выше конденсатора и возврат теплоносителя в зону испарения осуществляется против действия сил тяжести.

Недостатком данной конструкции является наличие только одного испарителя, что не позволяет обеспечить отвод тепла от источников тепловой нагрузки, расположенных на достаточно большом удалении друг от друга.

Известно также теплопередающее устройство [2], предназначенное главным образом для работы в условиях невесомости, которое содержит несколько параллельно включенных испарителей с комбинированной капиллярной насадкой внутри, сообщающихся посредством гладкостенных паро- и конденсатопровода с конденсатором.

Недостатком этого устройства является повышенное гидравлическое сопротивление, создаваемое дополнительной капиллярно-пористой вставкой в испарителе со стороны конденсатора, и неустойчивость запуска при размещении испарителей на различной высоте в гравитационном поле, а также при неравномерном распределении тепловой нагрузки между ними.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и функциональному назначению к предлагаемому изобретению является теплопередающее устройство [3], включающее испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канал для подвода конденсата и снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен, соответственно, к коллекторам пара и конденсата, конденсатор, соединенный с испарительной секцией посредством основных паро- и конденсатопровода, и гидроаккумулятор с нагревателем, связанный отдельным трубопроводом с испарительной секцией.

Для обеспечения устойчивого запуска и надежной работы этого теплопередающего устройства необходим нагрев гидроаккумулятора, осуществляемый специальным нагревателем. В результате нагрева теплоноситель вытесняется из гидроаккумулятора и тем самым достигается равномерное распределение его между испарителями перед запуском.

Однако возникает необходимость регулировки подогрева для обеспечения равномерного распределения нагрузки между испарителями, что существенно усложняет устройство и ограничивает диапазон его использования, в частности, в стойках с блоками радиоэлектронной аппаратуры, где источники тепловыделения распределены как по горизонтали, так и по вертикали, а передача отведенного от них тепла может осуществляться, чаще всего, только снизу вверх.

В основу предлагаемого изобретения положена задача обеспечения устойчивого запуска и работы теплопередающего устройства, имеющего различное число испарителей, в том числе размещенных на разной высоте относительно конденсатора, различным образом ориентированных в пространстве, имеющих различные геометрические размеры и принимающих как одинаковую, так и различную тепловую нагрузку.

Поставленная задача решается тем, что, в теплопередающем устройстве, включающем испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канал для подвода конденсата, снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен, соответственно, к коллекторам пара и конденсата, конденсатор с основным конденсатопроводом, соединенный с коллектором пара посредством основного паропровода, и гидроаккумулятор, соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, который согласно изобретению подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. При этом гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией.

При размещении испарителей на разной высоте относительно конденсатора гидроаккумулятор подключен к верхней точке коллектора конденсата, а при размещении испарителей на одной высоте - к средней точке.

Предлагаемая конструкция теплопередающего устройства, включающего различное число испарителей, позволяет, во-первых, осуществить надежный запуск и работу устройства путем равномерного распределения теплоносителя между испарителями, которые в этой конструкции перед запуском оказываются затопленными конденсатом без осуществления нагрева.

Равномерное затопление достигается за счет соединения гидроаккумулятора с конденсатором основным конденсатопроводом при расположении гидроаккумулятора над испарительной секцией.

При запуске конденсат вытесняется из парового тракта, включающего пароотводные канавки зоны испарения испарителей, паропроводы испарителей, коллектор пара, основной паропровод и конденсатор.

Соответствующим образом выбирается объем гидроаккумулятора, который должен обеспечить прием вытесненного конденсата.

Во-вторых, предлагаемая конструкция теплопередающего устройства обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление в паровом и жидкостном тракте за счет соединения гидроаккумулятора с коллектором и с конденсатором и одновременно с этим исключить образование застойных зон и паровых "ловушек" прежде всего в коллекторе пара.

На фиг. 1 представлена схема и частичный разрез теплопередающего устройства с вертикальным положением испарителей, размещенных на разной высоте относительно конденсатора.

На фиг. 2 представлена схема и частичный разрез теплопередающего устройства с горизонтальным положением испарителей размещенных на разной высоте относительно конденсатора.

На фиг. 3 представлена схема теплопередающего устройства с испарителями, размещенными на одной высоте относительно конденсатора.

Теплопередающее устройство, согласно предлагаемому техническому решению содержит испарители 1 с капиллярной насадкой 2 внутри, имеющей центральный канал 3 для подвода жидкости (конденсата) и систему периферийных канавок 4 для отвода пара. Теплопередающее устройство имеет также отдельный гидроаккумулятор 5, расположенный над испарителями 1, конденсатор 6, основные паропровод 7 и конденсатопровод 8. Паропроводы 9 и конденсатопроводы 10 испарителей 1 сообщаются, соответственно, с коллектором 11 пара и коллектором 12 конденсата. Гидроаккумулятор 5 подключен к коллектору 12 конденсата с помощью дополнительного конденсатопровода 13 и сообщается с конденсатором 6 через основной конденсатопровод 8. При размещении испарителей 1 на разной высоте относительно конденсатора 6 (фиг. 1, 2) гидроаккумулятор 5 подключен к коллектору 12 конденсата в верхней точке 14, и при размещении испарителе 1 на одной высоте (фиг. 3) - в средней точке 15. Основной паропровод 7 подключен к нижней точке 16 коллектора 11 пара при размещении испарителей 1 на разной высоте, и к средней - 17 при размещении испарителей 1 на одной высоте относительно конденсатора.

Теплопередающее устройство работает следующим образом. В исходном положении, например, при вертикальном положении устройства, когда испарители 1 находятся на разной высоте над конденсатором 6, жидкая фаза теплоносителя (конденсат) полностью затапливает испарители 1, а также паровой и жидкостный тракты устройства. Гидроаккумулятор 5 при этом может быть почти или полностью свободен от конденсата. При подаче тепловой нагрузки на испарители 1 и охлаждении конденсатора 6 происходит вскипание теплоносителя в пароотводных канавках 4 насадки 2. За счет разности температуры и давления пара в пароотводных канавках 4 насадки 2 и над поверхностью раздела пар-жидкость в гидроаккумуляторе 5 происходит вытеснение конденсата из паропроводов 9, парового коллектора 11 и конденсатора 6 в гидроаккумулятор 5. В зависимости от суммарной величины тепловой нагрузки на испарители 1 и интенсивности охлаждения конденсатора 6 степень освобождения последнего может быть различной. Соответственно различной оказывается и степень заполнения гидроаккумулятора 5, объем которого позволяет принять весь вытесненный из парового тракта конденсат, что достигается при максимальной для данного устройств суммарной тепловой нагрузке.

При работе теплопередающего устройства, конденсат из конденсатора 6 по основному конденсатопроводу 8 поступает в гидроаккумулятор 5, частично заполняя его, и оттуда по дополнительному конденсатопроводу 13 попадает в коллектор 12 конденсата. Из коллектора 12 конденсат распределяется между испарителями 1 через конденсатопроводы 10, поступая в центральные каналы 3 откуда от впитывается в насадки 2, движется к нагреваемой стенке испарителя 1 и испаряется в пароотводные канавки 4. Образовавшийся пар через паропроводы 9 попадает в коллектор 11 пара, оттуда в основной паропровод 7 и конденсатор 6, где конденсируется и отдает тепло внешнему приемнику или охлаждающей среде. Таким образом замыкается рабочий цикл теплопередающего устройства.

Аналогичным образом работа устройства осуществляется при подаче тепловой нагрузки на один или несколько испарителей 1. В этом случае остальные испарители 1 работают в качестве конденсаторов рассеивая часть тепловой нагрузки.

Аналогичным образом осуществляется работа теплопередающего устройства при размещении испарителей 1 на одной высоте относительно конденсатора 6.

Изобретение относится к тепловым трубам и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов. Устройство содержит испарительную секцию, содержащую несколько испарителей 1. Каждый испаритель 1 снабжен капиллярной структурой 2, имеющей центральный канал 3 для подвода конденсата, а также системой периферийных канавок 4 для отвода пара. Паропровод 9 и конденсатопровод 10 каждого испарителя 1 подключен соответственно к коллекторам пара 11 и конденсата 12. Конденсатор 6 соединен с коллектором 11 пара посредством основного паропровода 7. Гидроаккумулятор 5, соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата 12, подключен к конденсатору 6 посредством основного конденсатопровода 7. Гидроаккумулятор 5 расположен над испарительной секцией. За счет соединения гидроаккумулятора с конденсатором основным конденсатопроводом при расположении гидроаккумулятора над испарительной секцией достигается равномерное затопление испарителей конденсатом и обеспечивается надежный запуск и работа устройства. Кроме того, в устройстве обеспечивается минимальное гидравлическое сопротивление в паровом и жидкостном тракте и исключение образования "застойных" зон и паровых "ловушек" прежде всего в коллекторе пара. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплопередающее устройство, включающее испарительную секцию, содержащую несколько испарителей с капиллярной структурой внутри, имеющей центральный канала для подвода конденсата, снабженных системой периферийных канавок для отвода пара, паропровод и конденсатопровод каждого из которых подключен соответственно к коллекторам пара и конденсата, конденсатор с основным конденсатопроводом, соединенный с коллектором пара посредством основного паропровода, и гидроаккумулятор, соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, отличающееся тем, что гидроаккумулятор подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией.