ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2007 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для охлаждения электронной аппаратуры как миниатюрной, так и крупногабаритной.

Известна тепловая труба (авторское свидетельство СССР №82896), в корпусе которой, имеющем зону испарения в верхней части и конденсации в нижней, установлена параллельно оси полупроницаемая перегородка, закрепленная на стенках корпуса с образованием двух полостей, сообщающихся в зоне испарения, одна из которых частично заполнена растворителем, другая - раствором твердого вещества.

Недостатком известного устройства является ограниченная эффективность вывода тепла, неудобство в эксплуатации из-за жесткости конструкции и необходимость ориентирования в пространстве,

Наиболее близкой к заявленному устройству является тепловая труба (авторское свидетельство СССР №485286), включающая испарительную камеру, в корпусе которой расположены два симметричных испарительных элемента, паровой коллектор между ними, пароотводные каналы, сообщающиеся с паровым коллектором, и конденсатор, вход которого соединен с испарительной камерой паропроводом, а также конденсатопроводы, подсоединенные соответственно к каждому испарительному элементу.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность съема тепла с конденсатора, которая зависит от температуры, теплоемкости или массы воспринимающего тепло вещества. В основу изобретения положена задача повысить эффективность устройства за счет повышения теплосъема с конденсатора.

Поставленная задача достигается тем, что в теплопередающем устройстве, включающем испарительную камеру, в корпусе которой расположены два симметричных испарительных элемента, паровой коллектор между ними, паровые каналы, сообщающиеся с паровым коллектором, конденсатор, вход которого соединен с испарительной камерой паропроводом, а выход - с одним из двух конденсатопроводов, подсоединенных соответственно к каждому испарительному элементу, согласно изобретению каждый испарительный элемент заглушен со стороны парового коллектора, его насадка выполнена полой из полупроницаемого материала, закреплена на торце корпуса и заглушке, установлена относительно боковых стенок корпуса с кольцевым зазором, частично заполненным растворимым веществом. В корпусе конденсатора на входе установлена тангенциальная вставка, а на выходе - перегородка с пристенным кольцевым и центральным каналами, отделяющая часть корпуса с имеющимся и дополнительным отверстиями для подсоединения конденсатопроводов, одно из которых соединено с центральным отверстием перегородки. Использование в испарительной камере двух симметричных, заглушенных со стороны парового коллектора испарительных элементов, в каждом из которых полая полупроницаемая насадка, частично заполненная растворителем, герметично укреплена на торце корпуса и заглушке и установлена относительно стенок с кольцевым зазором, в которой помещено растворимое вещество, позволяет за счет возникающих при всасывании растворителя осмотического давления получить паровой поток высокого давления (до нескольких десятков атмосфер.)

Использование на входе конденсатора тангенциальной вставки при поступлении пара даже в несколько атмосфер позволяет получить вихревой поток, разделяющийся на осевой низкотемпературный (Т=-30-70°С) и периферийный высокотемпературный (Т=+50°С). Наличие на выходе конденсатора разделяющей перегородки с пристенным кольцевым каналом и центральным каналом-диафрагмой, соединенным с одним из конденсатопроводов, позволяет направить поток в соответствующие высокотемпреатурные и низкотемпературные конденсатопроводы.

Запас рабочего давления позволяет выполнить трубопроводы достаточно длинными. Наличие выхода с пониженной температурой позволяет охлаждать дополнительный источник тепловой нагрузки, увеличивая тем самым эффективность устройства в целом. Кроме того, предложенное устройство работает без затрат полезной энергии.

Корпус конденсатора, нагретый до высокой температуры, и часть высокотемпературного конденсатопровода располагаются, например, на металических габаритных конструкциях, при этом в соответствии с формулой Q=c·m·Δ·T (где с - теплоемкость; m - масса; Т - разность температур) позволяют значительно повысить теплосъем с конденсатора и соответственно эффективность устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство. На фиг.2 представлено поперечное сечение испарительной камеры. На фиг.3 представлено поперечное сечение тангенциальной вставки конденсатора.

Устройство содержит испарительную камеру 1, конденсатор 2, соединительные паропроводы 3 и конденсатопроводы 4 и 5.

В корпусе 6 испарительной камеры 1 установлены два симметричных испарительных элемента 7, между которыми расположен паровой коллектор 8, соединенный с паропроводом 3. Каждый испарительный элемент 7 отделен от парового коллектора 8 герметичной заглушкой 9 и снабжен полой насадкой 10 из полупроницаемого материала. Насадка 10 герметично закреплена торцами на торце корпуса 6 и заглушке 9 с кольцевым зазором 11 и частично заполнена растворимым веществом.

В заглушке 9 выполнены пароотводные каналы 12 (фиг.2) в зоне, примыкающей к кольцевому зазору 11. Конденсатор 2 снабжен на входе тангенциальной вставкой 13, а на выходе - перегородкой 14, имеющей пристенный кольцевой 15 и центральный 16 каналы.

Перегородка 14 отделяет часть корпуса конденсатора 2 с выходными отверстиями 17 и 18 для подсоединения соответственно низкотемпературного 4 и высокотемпературного 5 конденсатопроводов. Низкотемпературный конденсатопровод 4 соединен с центральным каналом 16 перегородки 14. Конденсатопроводы 4 и 5 соединены с испарительными элементами 7 соответственно. Все трубопроводы выполнены тонкостенными гибкими и могут быть достаточно длинными.

Устройство работает следующим образом. При подводе тепла к стенкам корпуса 6 испарительной камеры 1 в зоне испарения растворимое вещество, расположенное в зазоре 11, нагреваясь, испаряет растворитель, всасывая его через полупроницаемые стенки насадки 10, создавая осмотическое давление, достигающее нескольких десятков атмосфер в зависимости от выбранного растворимого вещества. Пар по пути наименьшего сопротивления через пароотводные каналы 12 выводится в паровой коллектор 8 и по гибкому паропроводу 3 поступает на вход конденсатора 2. Пар, проходя через тангенциальную вставку 13, образует вихревой вращающийся поток, разделяющийся на осевой, температура торможения которого на 30-70°С ниже, чем начальная, и периферийный вращающийся поток, имеющий температуру торможения, значительно превышающую начальную температуру пара +50°С (В.С.Мартыновский «Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов» М., Энергия, 1979. стр.180).

В нижней части корпуса конденсатора 2 с выходными отверстиями 17, 18, отделенной перегородкой 14, через пристенный кольцевой канал 15 собирается пар с высокой температурой, поступающий в конденсатопровод 5. Низкотемпературный осевой поток через центральный канал-диафрагму 16 перегородки 14 поступает в соединенный с ней конденсатопровод 4, проходящий через дополнительный источник тепловой энергии.

Корпус конденсатора 2 и часть высокотемпературного конденсатопровода 5 размещены для теплосъема на металлических конструкциях с большой теплоемкостью. Наличие высокой температуры на стенках корпуса конденсатора 2 и конденсатопровода 5 при кондуктивном соединении с металлической конструкцией позволяет существенно увеличить количество тепла, снимаемого с конденсатора 2.

Охлажденный растворитель по конденсатопроводам 4 и 5 поступает на вход испарительных элементов 7, замыкая цикл работы устройства.

Изобретение предназначено для применения в области теплотехники, а именно может быть использовано для охлаждения электронной аппаратуры как миниатюрной, так и крупногабаритной. Теплопередающее устройство включает испарительную камеру, в корпусе которой расположены два симметричных испарительных элемента, паровой коллектор между ними, паровые каналы, сообщающиеся с паровым коллектором, конденсатор, вход которого соединен с испарительной камерой паропроводом, а выход - с одним из двух конденсатопроводов, соединенных соответственно с каждым испарительным элементом, причем каждый испарительный элемент заглушен со стороны парового коллектора, его насадка выполнена полой из полупроницаемого материала, закреплена на торце корпуса и заглушке и установлена относительно боковых стенок корпуса с кольцевым зазором, частично заполненным растворяемым веществом; в корпусе конденсатора на входе имеется тангенциальная вставка, а на выходе - перегородка с пристенным кольцевым и центральным каналами, отделяющая часть корпуса с имеющимся и дополнительным отверстиями для подсоединения конденсатопроводов, одно из которых соединено с центральным отверстием перегородки. Изобретение позволяет повысить эффективность устройства за счет повышения теплосъема с конденсатора. 3 ил.

Теплопередающее устройство, включающее испарительную камеру, в корпусе которой расположены два симметричных испарительных элемента, паровой коллектор между ними, паровые каналы, сообщающиеся с паровым коллектором, конденсатор, вход которого соединен с испарительной камерой паропроводом, а выход с одним из двух конденсатопроводов, соединенных соответственно с каждым испарительным элементом, отличающееся тем, что каждый испарительный элемент заглушен со стороны парового коллектора, его насадка выполнена полой из полупроницаемого материала, закреплена на торце корпуса и заглушке и установлена относительно боковых стенок корпуса с кольцевым зазором, частично заполненным растворяемым веществом; в корпусе конденсатора на входе имеется тангенциальная вставка, а на выходе - перегородка с пристенным кольцевым и центральным каналами, отделяющая часть корпуса с имеющимся и дополнительным отверстиями для подсоединения конденсатопроводов, одно из которых соединено с центральным отверстием перегородки.