Плоская тепловая труба Советский патент 1991 года по МПК F28D15/04 

1

(21)4772178/06 (22)20.12.89 (46)30.12.91. Бюл. №48

(71)Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова

(72)М.Ш.Гадельшин, Ю.Е.Долгирев и В.Н.Кривда (53)621.565.58(088.8)

(56)Патент США № 3613778. кл. 165/105, опублик. 1971.

Авторское свидетельство СССР № 853348. кл. F 28 D 15/02, 1981. (54) ПЛОСКАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА

(57)Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым трубам, и может быть использовано для охлаждения вертикально расположенных крупногабиритных печатных плат электронной аппаратуры. Цель изобретения - увеличение поверхности теплосьема при

2

вертикальном расположении трубы. Указанная цель достигается путем выполнения капиллярной структуры в виде размещенных с зазорами по высоте корпуса секций. При этом каналы образованы продольными пластинами 2 - 4 с поперечными прорезями в зоне 7 испарения и продольными - в зоне конденсации. Количество продольных прорезей вдвое больше поперечных. Причем у крайних пластин 2 поперечные прорези совпадают по размеру с секциями капиллярной структуры, а у последующих они имеют переменную ширину, уменьшающуюся в направлении зоны 9. В центральной пластине 4 каждая поперечная прорезь соединена с двумя прорезями зоны 9. Изобретение позволяет осуществить теплосьем со всей поверхности трубы за исключением зоны 9. 7 ил.

В-в

со

с

XI

О чэ

л

ь

СО

Изобретение относитсч к теплотехнике а именно к тепловым грубям ч бить ис пользовано для охлаждении электронной anrnpfivpH в -ОСТРОПИ критогзбармтнму

ПРЧЭТНМЛ 1Л;П ЬйрТИ ЛЛ НОЮ Р НПОЛСУ .Й ПИЯ

/ чдрпн« млосрея трплоиэя то/бз г кз

Т1Л г|ЯрИОГ тр KTyDC I1, С ( Н,г U1 П, ( К НгЛТЭ ВО СЭ 111 J Г ПРгЛ 1 Я I np 3rijMi. ( пп 4т.. тг имурп со/ср11 - чйСРО / J f. . Зу ГОбОИ

тоет.1 1|Л|Г 1-ixei ТЕ)П iЈj сэ каналов

U .Г I- С . |,гХ ц0(т ( РСВГМ

МОГ I л ПД1- г I I J V ПГ г п ЭНЦ I I О t t I j

с НЕ m« .л : ri ;icr

Че,г r J О v il ( ЧПЯ Т

гя част 1ч ч 1 / | I ч р -и то i .-) -v p iиз/ % I НО

Г 5эте С гс ь М гр1 :м | 1зэГМу yiK T/ f I . т /pi ( Э (

1 MSI- ь З1-1 (Г зэчь l( ч а с

Н 1Э КЯП С Ј ПМ1Э Г Р f Оз ЗЗСмл

iPHbu-.e1-1 э Лз пс о f тэт к JЭ-1l

iw r г -- ч г 5- г чС1 ( Г С ,t1 /ДГ М Н ЛДСС ТЈТг ОГ1 ЯПП

налш s nia дс мхси

n l ЧПИГ CTp t P Ci HI - - vj т - f) ,1 E i 1 / С I О Т

т дс гнч «пл-чм i( /, )«.-( г и iebv e от | нл

H jiji ct- - 1 1КП1 ПЛ 1Г1Г М ПЯ0 i f T t: 5 TCyf С Oil

Ijr)II1fulfil г 1 0 I

i Ч r „ I Г h t 1 ) 1Г Г 1 (

1 ilf ijTbM I ОП-ЭГ J К 1 1 1

|QI f 3Hf Г I I

I- - r- iKCH j.f Я1

a , ---г ri 1

i 3 ri c- э x t ac f i i

j т:i3jfs

t 3 I t-M rn T

п-if ,, г ,.KA Иr 3

i ,, ll I 1 И)

:)tI Ml v If

,V L I Э

1 1 U Is СiH1fJj,f ni l

I I JT ,

, . 1b ,T iT j-1 и r N П 3

т к ег т л h , fi j« s. .. j j( n

i ПсЮ - ) i r . 1r- t ;i . Ot IP /

И - (.лс 1 1Ь ЯОН

|- jOv I V 1 i 1 I -i J -, ч . ii 1 L T Г I f bl

w и о а i f i f и f i 5 , с ч r r н i i )hpa

H c flsI 1ГЦ .1

1 1 0D/itt 1 И a ч Пу I H

Цr С л 1 ДО .

I jI Г „ - г, ,lt I

I I I 1 t Lt-il

O

Г

i

капиллярной структуры при этом количество продольных прорезей вдвое больше поперечных, у крайних пластин поперечные прорези совпадают по размеру с секциями капиллярной структуры, у последующих они имеют переменную ширину, уменьшающуюся от прооези к прорези n направлении

оны эн,аенсации з в це тральной пласти л-, кз погк-речнвя прооезь дополни- тет.пс юедчненя ( двумя продольными

in .c «зчми зоны онденсации с образова- НИР i 11 -обрззнмх каналов

Рнсптл а г г,ой cei кии капиллярной i о, nvpv определче п исходя из того фак- г0, по р должно обеспечивать ч полное cf d4HBaHiie капиллярной те чтобы теплоноситель подни- на 3f О R coiv/отдельной секции hr В f V г с;га г 1ке выг па подъема толба жидко- гги г, апипл диуспм ГР определяется

i I Д му 1р

(1)

-r-px gl

т1 У .к JC мое натчжение, Н/м О кр i .вой от смч гшания град

/ ж 1ЛСТ 1ОСТ ЖИ/lKTCTtl, КГ/М

о г кгг-пр н е свободного падении I .2

- радиус пор м

,р,ля р Зотающеи тепловой трубы в силу

от-1 11/ся диитмическмх сопротивлеми нсэг П1д|,ятия принимается в два ран hi1

, i i ns (V

ГР dv g

JbC ia эоительмои оьыопределя- t i. Ci/ uHca lennoa i погоюв в испари tл и oi ;;рнсат)ре труб i

k ЛТИ b rt ккЛ U hk(3)

i т ien, ot н пг о Вт

К- kk. ЮЭ | ;чцм- ты теплоотдачи в т IF . и КОНТРИ зторр Вт/(м К) г л чр 1 i TCI ловом фубы м

I пипэри-рля и конд нсаif( 3 i

i (1И hk ,ссг- obi ая ia т с.логои труб-i м

И ф )pimn (j;

Ми ht Л Г, (h - hn) или

л, |j

i ДТ ч АТи где Л и А т, - перелады температур в си-де-1 .агорой 1стари1 ге тепловой трубы, ,i i ом и пеСь ISA температур по тепловой т о азен

- + Л Гк

1л ченное ырзжение (4) позволяет «j.j .Tt гоогнгчивчие испарительной и

()

И)

конденсаторной зон тепловой трубы для конкретных условий ее работы.

На фиг.1 показан корпус с капиллярной структурой; на фиг.2 - 4 - пластины с прорезями; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.З; на фиг,6 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.З.

Тепловая труба содержит корпус 1 с расположенной в зоне 7 испарения капип- лярнойструктурой 5, выполненной ь виде секций, чередующихся по высоте корпус,, и заполненной теплоносителем. Качилля }НтЧ структура может быть различной, нэпе wi пористый металл, полученный нем металлического порошка, несколько ел UP в сеток и т.д. Рабочей жидкостью может оыть вода, ацетон, спирт и т.д. ( как в лю&ом тепловой трубе). Каналы б и 8 для пр хода пара и жидкости образованы пятью поо дольными пластинами 2 - 4, установлении- ми по всей длине корпуса 1 и имеющими ч зоне 9 конденсации продольные,а в зоне 7 испарения - поперечные прорези, расположенные на уровне секций капиллярнаЛ структуры 5. Количество продольных проре- зей вдвое больше поперечных, у крайних пластин 2 поперечные прорези по размеру с секциями капиллярной с.тр туры 5, у последующих пластин 3 они имею г переменную ширину уменьшающуюся о прорези к прорези в направлении зоны с, конденсации, а в центральной пластинг 4 каждая поперечная прорезь дополнигель но гоединена с двумя продольными кгнала- ми б с образованием и -образных каналов

Соединение корпуса, капиллярной структуры и пластин может производиться способом диффузионной сварки в вакууме

Тепловая труба работает следующим образом.

Подвод тепла осуществляется чере корпус 1 только в зоне 7 испарения, где расположены секции капиллярной структуры 5. Тепло также может подводиться толь- ко к одной или нескольким секциям, допускаются также точечные источники. Теплоноситель, испаряясь на поверхности раздела жидкость - пар из капиллярной структуры 5, насыщенной теплоносителем), отводится в виде пара по каналам 8 и 5, образованным пластинами 2, 3, и 4, в зсму 9 конденсации. Здесь пар конденсируется и конденсат под действием силы тяжести стекает по каналам 6 и 8 в испарительную зону 7. Так осуществляется постоянная циркуляция теплоносителя от зоны испарения к зоне и обратно.

Капиллярный напор, развиваемый кз- пиллярной структурой, должен быть таким,

чтобы обеспечивался подьем жидкости в пределах одной секции, а не на всю суммарную высоту зоны испарения, если бы в ней капиллярная структура была сплошной.

Для апробации предлагаемого устройства изготовлена плоская тепловая труба

«ЫСОГОЙ 2ПО ; iKj, i j p i| ОЙ , г() ММ ЮЛЩННОЙ

7,4 им (фиг 1 и 2). Данное устройство пред стаьллет пакс-r MJ пяти пластин нержявею щей ггали с. пред Л«-ными и поперечными пргиеэип., . ми каналы, соеди чинных иежцу диффузионной сварi- .iV И рЙС.тЛО,м riHMv ч Ну DM ПЛОСКОГО

корпуса с тремг отельными секциями ка- л ллярьой струкг . Толщинч пластин со- ставлгетсоотвегственно: пластины 2-1,5 мм, пмстинп 3 - 0,2 м, пластины 4-1,5 мм. толшиня пластин корпуса 0,5 мм. капиллярная структ/рэ выполнена из пяти слоев нержавеющей сетки 004 с размерами ячеек О.ОД мм. Общая высота зоны испарения 9Гмм каждая секция имеет высоту 62 мм, ширину 150 мм. Каждым из шеЈти продольных кансшсв в зоне конденсации имел высо ту 80 мм, ширину 20 мм Испытания проводили при тепловых нагрузках в 75, 30, 60 Вт Заправлялась труба ацетоном Зьаче- 1 i перепадов температур (при этих нагруз- кзх) МС.ЖДУ зонами испарения и гомл нсаиии составляли соответственно 2,3 1 8 14 2°С, что свидетельствует о рэбо- госпособности тепловой трубы предлагаемой к нструкции.

Использование предлагаемой плоской грубы позволяет вертикальным набором секции осуществить теплосьем со всей по- pfipxi v-ifти вертикально располо сенно 1 плеск. i тепловой трубы. 2а исключением ьоьденсации. В нашем примере зона конденсации составляет 1 /3 от общей высо- ты грубы зона испарения ограничивается тол: i ( jC/ювиями охлаждения конденсатора Р л нимэет большую чясть трубы, в то ,-df- у известных устройств теплопод- РОД г,ри иоршкальном расположении тоубы производится только в ее нижней части. Та- ким образом, подтверждается более высо- работоспособность за счет увеличения гк.. трчьос и теплосьема при вертикальном расположении предлагаемой плоской тепловой труб i по сравнению с известными.

Формула изобретения Плохая тепловая труба, содержащая корпус t зонами испарения и конденсации, сн ОАвньыи на стенках в зоне испарения капиллярной структурой и системой продольных и поперечных каналов, отличающаяся .i:, что, с целью увеличения поверхности теп/чтсъема при вертикальном расположении трубы, капиллярная структура выполнена в виде секций, размещенных с зазорами по высоте корпуса, а каналы образованы пятью продольными пластинами, установленными по всей длине корпуса и имеющими в зоне конденсации продольные, а в зоне испарения - поперечные прорези, расположенные на уровне секций капиллярной структуры, при этом количество продольных прорезей вдвое больше поJU Фиг.1 (Ц

-jH Фиг 3

перечных, у крайних пластин поперечные прорези совпадают по размеру с секциями капиллярной структуры, у последующих они имеют переменную ширину, уменьшающуюся от прорези к прорези в направлении зоны конденсации, а в центральной пластине каждая поперечная прорезь дополнительно соединена с двумя продольными прорезями зоны конденсации с обрэзова- г иеми-образных каналов.

Фиа2

/

/ / / / /

/ / /

/

/

/

;.У // //S/У7/

±.

-rl

Фиг.4