Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов электронных приборов, включая компьютеры, а также к области теплотехники, в частности к тепловым трубам.
Известно теплопередающее устройство "Многокамерная регулируемая тепловая труба" [Патент США №3,543,839], выполненная в виде замкнутого контура, включающего испарительную камеру (испаритель) и конденсаторную камеру (конденсатор), соединенные раздельными трубопроводами для пара и жидкости (паропроводом и конденсатопроводом). В испарителе и конденсаторе размещены фитильные структуры, которые соединены между собой посредством другой фитильной структуры, заполняющей конденсатопровод. Паропровод выполнен пустотелым и в нем размещена заслонка, регулирующая величину проходного сечения паропровода.
Недостатком такого устройства является низкая теплопередающая способность, которая обусловлена большим гидравлическим сопротивлением фитильной структуры, расположенной по всей длине конденсатопровода. Другим недостатком является повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке происходит через слой фитильной структуры. Еще одним недостатком является ограниченная гибкость, обусловленная наличием фитильной структуры в конденсатопроводе, которая может деформироваться при больших углах изгиба и изменять свою проницаемость.
Известно другое теплопередающее устройство "Тепловая труба" [Авторское свидетельство СССР №556307], выполненное в виде замкнутого контура, включающего испаритель и конденсатор, соединенные раздельными паропроводом и конденсатопроводом. Устройство имеет фитильные структуры, расположенные в испарителе, конденсаторе и паропроводе. Фитильная структура в испарителе содержит выемку со стороны конденсатопровода и пароотводные каналы, расположенные по ее периферии вдоль стенки испарителя и открытые в сторону паропровода. К фитильной структуре испарителя прикреплена другая фитильная структура, свободно проходящая вдоль паропровода. Фитильная структура в конденсаторе размещена на его боковой и одной из торцевых стенок.
Недостатком данного устройства является пониженная теплопередающая способность. Это обусловлено тем, что часть проходного сечения паропровода занимает фитильная структура, которая увеличивает его гидравлическое сопротивление. Кроме того, недостатком является также повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке осуществляется через фитильную структуру. Известно еще одно теплопередающее устройство "Контурная тепловая труба для охлаждения мобильных компьютеров" (Патент США №6.381.135), которое в данном случае выбрано в качестве прототипа. Устройство выполнено в виде замкнутого контура, включающего испаритель и конденсатор, соединенные раздельными паропроводом и конденсатопроводом. В испарителе, конденсаторе и конденсатопроводе имеются фитильные структуры, причем фитильная структура, заполняющая конденсатопровод, связывает фитильные структуры испарителя и конденсатора и имеет отличные от них размер пор и пористость.
Существенным недостатком этого устройства, так же как и в указанных выше аналогах, является низкая теплопередающая способность. Этот недостаток обусловлен большим гидравлическим сопротивлением конденсатопровода, заполненного фитильной структурой по всей длине.
Чтобы компенсировать значительные потери давления в жидкости, которая движется в этой структуре на всем пути от конденсатора к испарителю, необходимо увеличить диаметр конденсатопровода. Если принять во внимание, что тепловая мощность, которую рассеивают основные теплонапряженные компоненты компьютеров, такие как центральный или графический процессоры, приближается к 100 Вт, то увеличение диаметра конденсатопровода при характерном расстоянии теплопередачи в пределах 100-150 мм должно быть весьма существенным. В свою очередь, это может привести к проблемам, связанным с размещением таких теплопередающих устройств в сильно стесненных условиях, которые особенно присущи мобильным компьютерам, поскольку конденсатопровод диаметром 6-8 мм, необходимый при указанном уровне мощности, не обладает достаточной гибкостью, даже если он заполнен эластичной фитильной структурой.
Другим типичным недостатком устройств такого типа является повышенное термическое сопротивление конденсатора, в котором теплопередача от пара к стенке происходит через слой фитильной структуры, имеющей относительно низкую теплопроводность из-за высокой пористости. Указанное обстоятельство приводит к тому, что общий перепад температуры между испарителем и конденсатором увеличивается и при одной и той же передаваемой мощности и, соответственно, возрастает общее термическое сопротивление устройства. Этот недостаток, особенно применительно к мобильным компьютерам, также является весьма существенным, поскольку здесь существуют сильные ограничения не только по размерам теплопередающих устройств, но и по максимально допустимой разности температур между источником и стоком тепла. Еще одним недостатком, характерным для теплопередающих устройств любого типа, включая прототип, использующих "капиллярный механизм" для прокачки теплоносителя и имеющих фитильную структуру, расположенную по всей длине устройства между испарителем и конденсатором, является высокая чувствительность к изменению положения в пространстве. Дело в том, что при работе таких устройств, когда испаритель оказывается выше конденсатора, в них возникает дополнительное сопротивление для движения жидкости из конденсатора в испаритель. Это сопротивление называется гидростатическим и его величина определяется выражением:
ΔРg=(ρl-ρv)·g·L·sinϕ,
где (ρl, ρv) - плотность пара и жидкости, g - ускорение свободного падения, L - эффективная длина теплопередающего устройства, ϕ - угол наклона к горизонтальной плоскости. Гидростатическое сопротивление Pg достигает максимума при вертикальном положении устройства, когда испаритель находится выше конденсатора. Его величина может стать превалирующей даже при небольших углах наклона, если эффективная длина устройства превышает 150-200 мм.
Единственным путем для компенсации дополнительного гидростатического сопротивления является увеличение капиллярного давления, создаваемого фитильной структурой. При использовании одного и того же теплоносителя это может быть достигнуто только при уменьшении размера пор фитильной структуры в соответствии с формулой:
где ΔРc - капиллярное давление, δ - коэффициент поверхностного натяжения теплоносителя на границе жидкость-пар, r - эффективный радиус пор фитильной структуры, Θ - краевой угол смачивания фитильной структуры теплоносителем.
Однако здесь следует иметь в виду, что уменьшение радиуса пор ведет одновременно к уменьшению проницаемости фитильной структуры пропорционально квадрату радиуса пор.
k=А·ε·r2,
где k - коэффициент проницаемости, А - эмпирический коэффициент, ε -пористость, r - радиус пор.
В свою очередь уменьшение коэффициента проницаемости прямо связано с увеличением гидравлического сопротивления фитильной структуры:
где ΔРf - гидравлическое сопротивление фитильной структуры, η - динамический коэффициент вязкости, G - массовый расход теплоносителя, l - длина фитильной структуры, ρ - плотность теплоносителя, R - радиус поперечного сечения фитильной структуры.
Таким образом, в рамках технической концепции, используемой в прототипе, которая состоит в размещении фитильной структуры по всей длине конденсатопровода, скрыто внутреннее противоречие. Оно состоит в том, что при увеличении капиллярного давления для компенсации гидростатического сопротивления происходит значительное увеличение гидравлического сопротивления фитильной структуры, которое при достаточно большой ее длине может полностью нивелировать прирост капиллярного давления, достигнутого за счет уменьшения размера пор.
На основании изложенного можно заключить, что функциональные возможности и сфера использования теплопередающих устройств, имеющих фитильную структуру, размещенную на всем пути движения от конденсатора к испарителю, существенно ограничены.
В основу изобретения положена задача повышения теплопередающей способности и снижения термического сопротивления теплопередающего устройства, независимо от положения в пространстве.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом изобретении теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов выполнено в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, включающего испаритель с фитильной структурой внутри, содержащей пароотводные каналы в зоне подвода тепла, выемку и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом, причем устройство дополнительно снабжено резервуаром, сопряженным с испарителем и сообщающимся с конденсатопроводом, испаритель оснащен паровым коллектором, сообщающимся с паропроводом, а конденсатор выполнен пустотелым, согласно изобретению выходной конец конденсатопровода размещен в выемке фитильной структуры испарителя, который может иметь цилиндрическую, плоскопрямоугольную, плоскоовальную или дискообразную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, включенного между паропроводом и конденсатопроводом, или в виде пустотелого змеевика, может быть выполнен плоским и иметь щелевидное поперечное сечение или состоять из двух цилиндров, установленных один в другой с образованием кольцевого зазора.
Паровой коллектор испарителя может быть выполнен в виде кольцевой проточки на боковой поверхности фитильной структуры и смещен в сторону резервуара.
Кроме того, на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла имеются дополнительные пароотводные канавки, выполненные в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с пароотводными каналами фитильной структуры.
В резервуаре размещена дополнительная фитильная структура, размер пор которой больше, чем размер пор фитильной структуры испарителя, а испаритель и резервуар размещены раздельно и сопряжены посредством дополнительного трубопровода.
Устройство может дополнительно иметь один или более испарителей и конденсаторов.
Кроме того, паропровод и конденсатопровод могут иметь участки, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей.
Паропровод и конденсатопровод могут быть выполнены из гибкого материала с упругими свойствами.
Для более удобного размещения испарителя внутри охлаждаемого объекта паровой коллектор может быть выполнен в виде кольцевой проточки на боковой поверхности фитильной структуры и смещен в сторону резервуара. При этом такой паровой коллектор должен быть отделен от резервуара слоем фитильной структуры, а паропровод может быть подключен к испарителю со стороны его боковой стенки в месте расположения парового коллектора.
Для дополнительного снижения потерь давления при отводе пара из фитильной структуры на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла выполнены канавки в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с каналами для отвода пара, расположенными в фитильной структуре вдоль стенки испарителя.
Для обеспечения подпитки фитильной структуры при таком положении теплопередающего устройства в пространстве, когда резервуар располагается ниже испарителя, в резервуаре размещена дополнительная фитильная структура, находящаяся в контакте с фитильной структурой испарителя. Размер пор дополнительной фитильной структуры может быть значительно большим чем размер пор фитильной структуры испарителя, поскольку высота подъема жидкости в ней ограничена только длиной резервуара, которая значительно меньше длины самого теплопередающего устройства.
Испаритель может иметь цилиндрическую форму, которая более целесообразна при использовании теплоносителей с высоким рабочим давлением пара, например аммиака. Для обеспечения хорошего теплового контакта такого испарителя с источником тепла (охлаждаемым объектом), имеющим плоскую термоконтактную поверхность, например центральным процессором компьютера, на поверхности цилиндрического испарителя размещается специальный переходный элемент "цилиндр-плоскость". Такой элемент выполняет функцию теплового интерфейса, который может хорошо сопрягаться с охлаждаемым объектом по всей его плоской поверхности.
Если в теплопередающем устройстве используется теплоноситель, имеющий низкое давление пара при рабочей температуре, например вода, то испаритель целесообразно выполнять плоским, имеющим прямоугольное или плоскоовальное поперечное сечение. Преимуществом такого испарителя является то, что в данном случае нет необходимости в использовании дополнительных переходных элементов "цилиндр-плоскость".
В некоторых случаях испаритель может иметь дискообразную форму. Одна из плоских торцевых стенок такого испарителя служит для подвода тепла. Она также хорошо сопрягается с охлаждаемым объектом, имеющим плоскую термоконтактную поверхность, без использования дополнительного переходного элемента. Кроме того, дискообразные испарители более устойчивы к повышенному внутреннему давлению и могут использоваться с различными теплоносителями, имеющими как низкое, так и высокое рабочее давление. Иногда по условиям компоновки теплопередающего устройства в каком-либо приборе необходимо размещать резервуар отдельно от испарителя на некотором расстоянии от последнего. В этом случае они могут быть сопряжены посредством дополнительного трубопровода.
Конденсатор теплопередающего устройства может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом и конденсатопроводом. Как правило, этот участок имеет диаметр, равный диаметру паропровода и/или конденсатопровода. Для повышения эффективности теплообмена путем вынужденной или естественной конвекции со внешним стоком тепла и снижения термического сопротивления такой конденсатор может быть снабжен внешним оребрением. Использование такого конденсатора также целесообразно, если стоком тепла являются какие-то элементы конструкции прибора, с которыми такой конденсатор хорошо сопрягается.
Конденсатор может быть выполнен в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженного с пластиной, которая служит радиатором. Такой радиатор может иметь достаточно большую и изотермичную поверхность, позволяющую обеспечить эффективный теплообмен с внешней средой и тем самым существенно снизить термическое сопротивление конденсатора.
Конденсатор может состоять из двух цилиндров с торцевыми заглушками, установленных один в другой с образованием кольцевого и торцевых зазоров. Конденсатор снабжен отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода, которые могут быть выполнены в торцевых заглушках внешнего цилиндра и/или в его боковой поверхности в зависимости от компоновки теплопередающего устройства. Как правило, диаметр внешнего цилиндра превышает диаметр паропровода и конденсатопровода. В то же время его внутренний объем невелик, так как он образован торцевыми и кольцевым зазорами, ширина которых может быть существенно меньше диаметра паропровода и конденсатопровода. На внешней поверхности конденсатора может быть выполнено оребрение для увеличения поверхности теплообмена или рубашка, через которую прокачивается какой-либо жидкий или газообразный охладитель. Такой конденсатор является весьма компактным и в то же время довольно эффективным и хорошо адаптируемым к различным способам теплообмена со внешним стоком тепла.
В тех случаях, когда используется теплоноситель с низким рабочим давлением пара, например вода, конденсатор может быть выполнен плоским и иметь щелевое поперечное сечение.
В некоторых случаях, когда в одном приборе имеется два или несколько источников тепла, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, целесообразно использовать одно теплопередающее устройство, имеющее соответствующее количество испарителей. В других случаях, когда имеется один источник тепла, но два или более стоков тепла, то целесообразно использовать соответствующее количество конденсаторов. Возможно также использовать теплопередающее устройство с двумя или более испарителями и конденсаторами, если имеется соответствующее количество источников и стоков тепла.
Для того чтобы обеспечить упругую связь между источником и стоком тепла, которая необходима, например, при воздействии сильных вибрационных нагрузок, паропровод и конденсатопровод могут включать участки, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей, которые демпфируют эти нагрузки. Кроме того, наличие таких спиралей, которые легко сжимаются и растягиваются, позволяет в определенных пределах изменять длину теплопередающего устройства, а также обеспечивать некоторое перемещение источника или стока тепла относительно друг друга. Для того чтобы обеспечить гибкую связь между источником и стоком тепла, которые должны в процессе эксплуатации существенно и часто изменять свое положение относительно друг друга, паропровод и конденсатопровод могут быть выполнены упруго-гибкими, изготовленными, например, из гофрированного металлорукава или полимерного материала. Такие материалы являются достаточно гибкими и одновременно упругими, т.е. способны восстанавливать свою форму после многократного воздействия внешних усилий без снижения своей прочности и герметичности. Размер пор и материал фитильных структур, размеры и форма каналов для отвода пара, геометрические характеристики выемок в фитильной структуре испарителя, размеры щелевых зазоров конденсаторе, объем резервуара, количество теплоносителя в устройстве, материал гибких трубопроводов, а также способы изготовления теплопередающего устройства и его компонентов, являются "ноу-хау" заявителя.
На фиг.1 представлена схема теплопередающего устройства, представляющая вариант исполнения, в котором испаритель и резервуар размещены в одном корпусе, а конденсатор выполнен в виде оребренного участка трубопровода, заключенного между паропроводом и конденсатопроводом;
на фиг.2 представлена схема испарителя с фитильной структурой, имеющей выемку, открытую в сторону резервуара, в котором размещен выходной конец конденсатопровода;
на фиг.3 представлена схема испарителя с паровым коллектором, выполненным в виде кольцевой проточки и смещенным в сторону резервуара;
на фиг.4 показан фрагмент испарителя с пароотводными канавками в виде кольцевых проточек на внутренней поверхности корпуса испарителя в зоне подвода тепла, сообщающихся с пароотводными каналами, выполненными в фитильной структуре испарителя;
на фиг.5 показан фрагмент испарителя, расположенного в одном корпусе с резервуаром, в котором размещена дополнительная фитильная структура;
на фиг.6 представлен фрагмент испарителя, сообщающегося с резервуаром посредством дополнительного трубопровода;
на фиг.7 показан внешний вид цилиндрического испарителя с резервуаром, расположенными в одном корпусе, снабженном дополнительным элементом «цилиндр-плоскость», размещенным в зоне подвода тепла;
на фиг.8 представлен внешний вид плоского прямоугольного испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;
на фиг.9 представлен внешний вид плоскоовального испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;
на фиг.10 представлен внешний вид дискообразного испарителя с резервуаром, которые расположены в одном корпусе;
на фиг.11 представлен внешний вид конденсатора, выполненного в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженного с оребренной пластиной радиатора;
на фиг.12 показана схема конденсатора, состоящего из двух цилиндров, установленных один в другом с кольцевым и двумя торцевыми зазорами;
на фиг.13 показан фрагмент плоского конденсатора со щелевым поперечным сечением;
на фиг.14 показана схема теплопередающего устройства с тремя испарителями и одним конденсатором;
на фиг.15 показана схема теплопередающего устройства с одним испарителем и двумя конденсаторами;
на фиг.16 показана схема теплопередающего устройства с паропроводом и конденсатопроводом, имеющими участки, выполненные в виде трубчатых спиралей;
на фиг.17 показана схема теплопередающего устройства с упруго-гибкими паропроводом и конденсатопроводом.
Теплопередающее устройство выполнено в виде замкнутого герметичного контура (фиг.1), включающего испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные раздельными пустотелыми паропроводом 3, и конденсатопроводом 4. Испаритель 1 (фиг.2) содержит фитильную структуру 5, паровой коллектор 6, к которому подключен паропровод 3 и зону 7 подвода тепла для размещения источника тепловой нагрузки или охлаждаемого объекта (не показаны). Испаритель 1 сопряжен с резервуаром 8, к которому подключен конденсатопровод 4. Конденсатор 2, выполненный в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом 3 и конденсатопроводом 4, может быть снабжен оребрением 9. Из теплопередающего устройства удален воздух, и оно частично заполнено теплоносителем 10. На фиг.1 показано положение теплоносителя 10 в работающем устройстве. Фитильная структура 5 имеет пароотводные каналы 11 (фиг.2), открытые в сторону парового коллектора 6 и расположенные вдоль стенки испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла, и питающий канал 12, открытый в сторону резервуара 8. Выходной конец конденсатопровода 4 размещен в выемке 12 фитильной структуры 5. Паровой коллектор 6 может быть выполнен в виде кольцевой проточки 13 (фиг.3) на боковой поверхности фитильной структуры 5 и смещен к резервуару 8. На внутренней поверхности испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла имеются дополнительные канавки 14 для отвода пара (фиг.4), выполненные в виде мелких кольцевых проточек, сообщающихся с пароотводными каналами 11. Резервуар 8 может быть снабжен дополнительной фитильной структурой 15 (фиг.5), которая находится в контакте с фитильной структурой 5 испарителя 1. Испаритель 1 и резервуар (фиг.6) могут быть размещены раздельно и сообщаться посредством дополнительного трубопровода 16. Испаритель 1, имеющий цилиндрическую форму, может быть снабжен дополнительным переходным элементом 17 «цилиндр-плоскость» (фиг.7), размещенным на поверхности испарителя 1 в зоне 7 подвода тепла, испаритель 1 может иметь плоскую прямоугольную форму (фиг.8). Испаритель 1 может иметь плоскоовальную форму (фиг.9). Испаритель 1 может иметь дискообразную форму (фиг.10). Конденсатор 2 может быть выполнен в виде пустотелого трубчатого змеевика (фиг.11), сопряженного с плоским радиатором 18. Конденсатор 2 может состоять из двух цилиндров 19 и 20 (фиг.12), установленных один в другой с образованием кольцевого зазора 21 и двух торцевых зазоров 22 и 23. Конденсатор 2 снабжен отверстиями 24 и 25 для подключения паропровода 3 и конденсатопровода 4 соответственно. Отверстия 24 и 25 могут быть выполнены в торцевых заглушках внешнего цилиндра 19 или на его боковой поверхности (не показано). Конденсатор 2 может быть выполнен плоским (фиг.13) и иметь щелевидное поперечное сечение 26. Теплопередающее устройство может включать два и более испарителей 1 и два или более конденсаторов 2 (фиг.14 и 15). Паропровод 3 и конденсатопровод 4 могут иметь участки 27, выполненные в виде пустотелых трубчатых спиралей (фиг.16). Паропровод 3 и конденсатопровод 4 могут быть выполнены из упруго-гибкого материала (фиг.17).
Теплопередающее устройство заполнено таким количеством теплоносителя 10, чтобы его было достаточно для полной пропитки фитильной структуры 5, заполнения конденсатопровода 4 и резервуара 8. При этом объем резервуара 8 примерно равен суммарному объему паропровода 3 и конденсатора 2. Это позволяет обеспечить контакт теплоносителя 10 с фитильной структурой 5 при любой ориентации устройства, как в рабочем, так и в нерабочем состоянии.
Теплопередающее устройство работает следующим образом. Рассматривается наиболее сложная ситуация, когда устройство расположено вертикально, а испаритель 1 находится выше конденсатора 2 (фиг.1). При отсутствии тепловой нагрузки в зоне 7 подвода тепла испарителя 1 теплоноситель 10 располагается в паропроводе 3 и конденсатопроводе 4, как в сообщающихся сосудах на некотором уровне А-А вблизи испарителя 1. Фитильная структура 5 при этом полностью насыщена теплоносителем, а конденсатор полностью затоплен. При подводе тепловой нагрузки к зоне 7 испарителя 1 теплоноситель 10 начинает испаряться из фитильной структуры 5, забирая при этом скрытую теплоту парообразования и охлаждая источник тепловой нагрузки. Давление пара в паровом коллекторе 6 или 13 при этом оказывается выше, чем давление пара в резервуаре 8, поскольку зона подвода тепла 7 смещена в сторону парового коллектора 6, 13 и испарение теплоносителя 10 в паровой коллектор 6, 13 происходит значительно интенсивнее, чем в резервуаре 8. За счет этой разности давлений теплоноситель 10 вытесняется из паропровода 3 и конденсатора 2, целиком заполняя конденсатопровод 4 и резервуар 8. Пар по паропроводу 3 поступает в конденсатор 2, конденсируется здесь и отдает тепло внешнему приемнику, в качестве которого может быть воздух, жидкость или твердый объект. Образовавшаяся жидкость по конденсатопроводу 4 движется в выемку, впитывается в фитильную структуру 5 и поступает в зону подвода тепла 7, замыкая тем самым рабочий цикл устройства. При этом фитильная структура 5 выполняет не только роль «капиллярного насоса», но и «теплового затвора», позволяющего создать перепад температуры и давления пара между своей испаряющей и впитывающей поверхностями.
Для организации эффективного теплообмена при испарении теплоносителя в зоне подвода тепла 7 служат каналы 11, выполненные в фитильной структуре 5, и кольцевые канавки 14 на внутренней поверхности испарителя 1. Эти каналы образуют развитую поверхность для испарения теплоносителя и обеспечивают отвод пара от нее в паровой коллектор 6, 13 с минимальными потерями давления. Выемка 12, выполненная в фитильной структуре 5 со стороны резервуара 8, в которой расположен выходной конец конденсатопровода 4, позволяет увеличить площадь впитывающей поверхности и одновременно снизить потери давления при движении теплоносителя 10 через фитильную структуру 5.
Во всех предложенных вариантах конструкции конденсатора 2 конденсация пара происходит непосредственно на его внутренней поверхности. Этим обеспечивается минимальное термическое сопротивление теплообмена при конденсации и, следовательно, снижение термического сопротивления самого теплопередающего устройства. Кроме того, все предложенные варианты конструкции конденсатора 2 имеют достаточно большую теплообменную поверхность при минимальном внутреннем объеме. Данное обстоятельство является весьма существенным, поскольку оно способствует не только дополнительному снижению термического сопротивления конденсатора 2, но и позволяет использовать весьма компактный резервуар, объем которого должен быть достаточным для аккумулирования теплоносителя, вытесняемого из конденсатора 2 и паропровода 3 при работе теплопередающего устройства.
Все варианты теплопередающего устройства, соответствующие пунктам 1-8 формулы изобретения были реализованы в экспериментальной практике лаборатории теплопередающих устройств Института теплофизики УрО РАН. В частности, были разработаны и успешно испытаны:
1. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 250 мм, включающее цилиндрический испаритель диаметром 6 мм, с зоной подвода тепла длиной 20 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1-5, 7, 10, резервуар диаметром 6 мм и длиной 40 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 2, паропровод диаметром 2,5 мм, конденсатопровод диаметром 2 мм и оребренный конденсатор диаметром 5 мм и длиной 65 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 17.
Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях теплопередающего устройства с аммиаком в качестве теплоносителя составила 170 Вт при температуре 67,7°С на стенке испарителя в зоне подвода тепла. Термическое сопротивление устройства при этом было равно 0,12°С/Вт. Минимальное значение термического сопротивления, равное 0,08°С/Вт, было получено при тепловой нагрузке 100 Вт и температуре испарителя 60°С. Изменения величины максимальной мощности при всех изменениях положения устройства в пространстве находились в пределах 10%. При номинальной мощности устройство практически «не чувствовало» изменения своей ориентации.
2. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 250 мм, включающее плоскоовальный испаритель толщиной 3,3 мм с зоной подвода тепла длиной 20 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1-5, 7, 12, резервуар, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 2, паропровод и конденсатопровод диаметром 3 мм, оребренный конденсатор диаметром 3 мм и длиной 65 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 15.
Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях устройства с водой в качестве теплоносителя, составила 160 Вт при температуре на стенке испарителя 98°С. Термическое сопротивление при этом было равно 0,09°С/Вт. Изменение ориентации устройства не оказывало заметного влияния на его рабочие характеристики.
3. Теплопередающее устройство, имеющее эффективную длину 1000 мм, включающее дискообразный испаритель с плоской зоной для подвода тепла диаметром 30 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1, 2, 4, 5, 8, 13, резервуар, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1, 2, 9, конденсатор длиной 800 мм и диаметром 2 мм, выполненный в соответствии с пунктами формулы 1 и 16, соединенные паропроводом и конденсатопроводом диаметром 2 мм, выполненными в соответствии с пунктами формулы 1 и 20.
Максимальная величина тепловой нагрузки, достигнутая при испытаниях устройства с аммиаком в качестве теплоносителя, составила 160 Вт при горизонтальной ориентации и 120 Вт при вертикальной, когда испаритель находился выше конденсатора. Температура испарителя при этом составила 85°С, а термическое сопротивление устройства - 0,25°С/Вт.
4. Некоторые из теплопередающих устройств, изготовленные в соответствии с формулой изобретения, в настоящее время проходят испытания в составе реальных систем охлаждения центральных процессоров Pentium 4 и Athlon XP 2500 + в мобильном и настольном персональных компьютерах.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Теплопередающее устройство | 2021 |
|
RU2761712C2 |
| ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ | 2017 |
|
RU2639635C1 |
| ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 1996 |
|
RU2120592C1 |
| ИСПАРИТЕЛЬ КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ | 2004 |
|
RU2286526C2 |
| РЕВЕРСИВНОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 1998 |
|
RU2156425C2 |
| ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 1993 |
|
RU2044247C1 |
| ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 1996 |
|
RU2120593C1 |
| ТЕПЛОВАЯ ТРУБА | 2003 |
|
RU2256862C2 |
| ПАССИВНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОЦЕССОРОВ И ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ В ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЯХ И СЕРВЕРАХ КОСМИЧЕСКОГО И АВИАЦИОННОГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2018 |
|
RU2685078C1 |
| ИСПАРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ | 1995 |
|
RU2101644C1 |
Изобретение предназначено для применения при охлаждении теплонапряженных компонентов электронных приборов, включая компьютеры, а также относится к области теплотехники, в частности к тепловым трубам. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов выполнено в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, включающее испаритель с фитильной структурой внутри, содержащей пароотводные каналы в зоне подвода тепла, выемку и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом, причем устройство дополнительно снабжено резервуаром, сопряженным с испарителем и сообщающимся с конденсатопроводом, испаритель оснащен паровым коллектором, сообщающимся с паропроводом, а конденсатор выполнен пустотелым, причем выходной конец конденсатопровода размещен в выемке фитильной структуры испарителя, который может иметь цилиндрическую, плоскопрямоугольную, плоскоовальную или дискообразную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, включенного между паропроводом и конденсатопроводом, или в виде пустотелого змеевика, может быть выполнен плоским и иметь щелевидное поперечное сечение или состоять из двух цилиндров, установленных один в другой с образованием кольцевого зазора. Изобретение позволяет повысить компактность устройства, расширить его возможности для адаптации в охлаждаемых приборах и снизить трудоемкость при изготовлении без снижения теплопередающей эффективности и надежности. 7 з.п. ф-лы, 17 ил.
| КОНТУРНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА | 1994 |
|
RU2079081C1 |
| Способ работы тепловой трубы | 1979 |
|
SU918677A1 |
| Теплопередающее устройство | 1989 |
|
SU1760296A1 |
| Тепловая труба | 1974 |
|
SU556307A1 |
