Система охлаждения



Система охлаждения
Система охлаждения
Система охлаждения

 


Владельцы патента RU 2518982:

Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" (RU)

Система охлаждения относится к области теплотехники, а именно к тепломассообмену, и может быть использована для охлаждения различных тепловыделяющих элементов путем отвода от них тепла по тепловой трубе к охладителю любого типа. Система охлаждения содержит тепловую трубу и установленные на противоположных ее концах, в тепловом контакте с ней, тепловыделяющий элемент и охладитель. Тепловыделяющий элемент и охладитель расположены со смещением к середине тепловой трубы в соответствии с требуемым тепловым сопротивлением и передаваемой тепловой мощностью системы охлаждения. Предлагаемое решение позволяет за счет незначительного смещения указанных элементов заметно уменьшить тепловое сопротивление системы охлаждения и увеличить передаваемую ею мощность. В конкретном примере реализации при смещении тепловыделяющего элемента и охладителя на 10% длины тепловой трубы тепловое сопротивление уменьшилось на 22%, а передаваемая тепловая мощность увеличилась со 180 Вт до 220 Вт. 3 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области теплотехники, а именно к тепломассообмену, и может быть использовано для охлаждения различных тепловыделяющих элементов путем отвода от них тепла по тепловой трубе к охладителю любого типа.

Известны системы воздушного охлаждения («Тепловые трубы с порошковой капиллярной структурой и конструктивные элементы на их основе для систем воздушного охлаждения электропреобразовательного оборудования и радиоэлектронной аппаратуры», каталог Белорусского республиканского НПО порошковой металлургии, г.Минск.), содержащие тепловую трубу в виде цилиндрической медной трубки с порошковым капилляром и водой в качестве теплоносителя, тепловыделяющий элемент в виде радиоэлемента с пропускаемым через него электрическим током, установленный на теплопроводящую пластину (теплорастекатель), которая установлена на тепловую трубу на одном из ее концов, и охладитель в виде ряда пластин, припаянных перпендикулярно тепловой трубе на втором ее конце. Недостатком такой системы является низкая передаваемая тепловая мощность и большое тепловое сопротивление системы охлаждения.

Известен модуль охлаждения, выбранный за прототип (ШУБИ.067314.017 ТУ, дата публикации 15.12.2008 г., РосАтом), который содержит тепловую трубу в виде алюминиевого профиля с продольными капиллярными канавками и аммиаком в качестве теплоносителя, тепловыделяющий элемент в виде транзистора, устанавленного на тепловую трубу на одном конце, и охладитель в виде радиатора, установленного на другом конце тепловой трубы и обдуваемого холодным воздухом с помощью вентилятора, при этом тепловыделяющий элемент и радиатор охладителя находятся в тепловом контакте с тепловой трубой, как и показано на габаритном чертеже ШУБИ.067314.017 ГЧ.

Недостатком прототипа является низкая передаваемая тепловая мощность и большое тепловое сопротивление системы охлаждения.

Технической задачей заявляемого изобретения является уменьшение теплового сопротивления системы охлаждения и увеличение максимальной передаваемой тепловой мощности.

Для решения технической задачи разработана конструкция системы охлаждения, содержащая тепловую трубу и установленные на противоположных ее концах, в тепловом контакте с ней, тепловыделяющий элемент и охладитель, причем тепловыделяющий элемент и охладитель расположены со смещением к середине тепловой трубы в соответствии с требуемым тепловым сопротивлением и передаваемой тепловой мощностью системы охлаждения.

На фигуре 1 схематически изображена система охлаждения и контур циркуляции теплоносителя в тепловой трубе.

На фигуре 2 приведена зависимость теплового сопротивления системы охлаждения Rсист в зависимости от одновременного смещения тепловыделяющего элемента и охладителя относительно соответствующих концов тепловой трубы на величину Lсм.

На фигуре 3 приведена зависимость передаваемой тепловой мощности системы охлаждения РТ в зависимости от одновременного смещения тепловыделяющего элемента и охладителя относительно соответствующих концов тепловой трубы на величину Lсм.

Система охлаждения содержит тепловую трубу 1 и находящиеся в тепловом контакте с ней тепловыделяющий элемент 2 и охладитель 3, причем тепловыделяющий элемент 2 смещен относительно одного конца тепловой трубы на расстояние Lсм.ТВ, а охладитель 3 смещен относительно второго конца трубы на расстояние Lсм.охл в сторону середины тепловой трубы 1. Внутри тепловой трубы расположены по ее периметру капиллярные каналы 4 и в центре трубы паровой канал 5.

Система работает следующим образом. В исходном состоянии теплоноситель в герметично закрытой тепловой трубе 1 находится в жидком состоянии, полностью заполняет капиллярные каналы 4 и частично паровой канал 5. При нагреве тепловыделяющего элемента 2 теплоноситель испаряется в зоне расположения этого элемента и отбирает при этом тепло от стенок тепловой трубы 1, а через них и от тепловыделяющего элемента 2, находящегося в тепловом контакте с тепловой трубой 1. В результате этого тепловыделяющий элемент 2 охлаждается. После испарения теплоноситель в виде пара поступает в паровой канал 5, по нему перемещается в зону установки охладителя 3, как показано на фиг.1, там конденсируется на холодных стенках тепловой трубы 1 и удерживается в капиллярных каналах 4, перемещаясь к испарителю за счет сил поверхностного натяжения и разности давлений пара в зоне испарения и зоне конденсации тепловой трубы.

Тепловое сопротивление системы охлаждения содержит три составляющие

Rсист=RТВ-ТТ+RТТ+RТТ-ОХЛ, град/Вт,

где RТВ-ТТ - тепловое сопротивление между тепловыделяющим элементом и тепловой трубой;

RTT - тепловое сопротивление тепловой трубы;

RТТ-ОХЛ - тепловое сопротивление между тепловой трубой и охладителем.

В то же время

где Т - температура тепловыделяющего элемента;

ТОХЛ - температура охладителя;

РТ - тепловая мощность, выделяемая на тепловыделяющем элементе.

Исходя из физики процессов переноса тепла количество переносимого в единицу времени тепла, численно равное тепловой мощности, выделяемой на тепловыделяющем элементе РТ, пропорционально скорости циркуляции теплоносителя в тепловой трубе. Следовательно, необходимо эту скорость увеличивать, изменяя контур циркуляции теплоносителя до достижения максимального значения скорости циркуляции, а значит и максимального значения передаваемой тепловой мощности. Контур циркуляции теплоносителя в тепловой трубе, кроме того, должен проходить через зону расположения тепловыделяющего элемента (зону испарения) и зону расположения охладителя (зону конденсации), замыкаясь через паровой канал и капиллярные каналы тепловой трубы между этими элементами, а также в промежутках между этими элементами и соответствующими концами трубы. Если промежуток между концом трубы и указанным элементом отсутствует, то контур циркуляции будет проходить через соответствующий элемент только частично, площадь теплового контакта уменьшается, соответствующее тепловое сопротивление RТВ-ТТ или RТТ-ОХЛ растет. Кроме того, скорость потока пара или жидкости у стенки конца трубы равна нулю (стенка неподвижна) и лишь постепенно растет до максимальной скорости потока по мере удаления от конца трубы. Это приводит к уменьшению скорости потока на этом участке, а значит и в целом по тепловой трубе, при этом растут RTT, RТВ-ТТ, RТТ-ОХЛ и уменьшается максимальная передаваемая тепловая мощность, что является следствием проявления краевого эффекта.

Для уменьшения такого влияния необходимо увеличивать расстояние места разворота потока теплоносителя от конца трубы. При этом будет расти средняя скорость потока по тепловой трубе, что приведет к снижению RTT, RТВ-ТТ, RТТ-ОХЛ, а значит и их суммы Rсист,и росту PT, и кроме того, поток теплоносителя будет проходить через всю площадь нагрева тепловой трубы тепловыделяющим элементом и всю площадь отбора тепла от тепловой трубы охладителем, что приведет к уменьшению RТВ-ТТ, RТТ-ОХЛ и теплового сопротивления системы охлаждения в целом.

Кроме того, скорость движения жидкого теплоносителя под действием сил поверхностного натяжения уменьшается за счет препятствующей движению жидкости разности давлений пара в зоне испарения и зоне конденсации. В предлагаемой системе эта разность меньше, так как давление пара в зоне испарения частично сбрасывается в сторону конца тепловой трубы и препятствующее движению жидкости давление уменьшается. В области конденсации созданы условия для прохода пара в зону между охладителем и концом тепловой трубы, его давление в направлении движения жидкости ускоряет ее перемещение по капиллярам в зону испарения.

Таким образом, смещением тепловыделяющего элемента и охладителя от концов тепловой трубы к ее середине решаются обе задачи изобретения - уменьшение теплового сопротивления Rсист и увеличение передаваемой тепловой мощности RT.

Были изготовлены и испытаны опытные образцы системы охлаждения, содержащей следующие элементы:

- тепловая труба в виде алюминиевой трубки ⌀12,5 мм, длиной 360 мм с капилляром в форме ряда продольных канавок по периметру трубки и теплоносителем в виде аммиака;

- тепловыделяющий элемент - транзистор типа IRFP150 на теплорастекателе в виде медной пластины;

- охладитель в виде радиатора с обдувающим его вентилятором.

Система охлаждения испытана при различных значениях Lсм.ТВ и Lсм.охл от нулевого значения до величин, при которых изменение теплового сопротивления Rсист и увеличение передаваемой тепловой мощности РT при дальнейшем росте Lсм.TB или Lсм.охл ужe не наблюдается. Нулевые смещения соответствуют системе-прототипу, все остальные - предлагаемой системе охлаждения. Максимальные значения достигаемого эффекта получены при установке тепловыделяющего элемента на расстояние Lсм.ТВ=40 мм и охладителя на расстояние Lcм.охл=40 мм, что и видно из графиков фиг.2 и фиг.3. Установлено, что для конкретной системы охлаждения при фиксированной разности температур между тепловыделяющим элементом и охладителем, равной 18,5°, тепловое сопротивление системы охлаждения Rсист может быть уменьшено в 1,22 раза, с 0,103 град/Вт до 0,084 град/Вт, передаваемая тепловая мощность РT может быть увеличена со 180 Вт до 220 Вт, то есть в 1,22 раза. Конкретные значения Lсм.ТВ и Lсм.охл выбираются исходя из требуемых значений Rcист и PT и конструктивных требований к элементам системы охлаждения, таким, например, как общая длина и конфигурация тепловой трубы и др.

Система охлаждения, содержащая тепловую трубу и установленные на противоположных ее концах, в тепловом контакте с ней, тепловыделяющий элемент и охладитель, отличающаяся тем, что тепловыделяющий элемент и охладитель расположены со смещением к середине тепловой трубы в соответствии с требуемым тепловым сопротивлением и передаваемой тепловой мощностью системы охлаждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике, преимущественно к технике конденсации пара, отработанного в паровой турбине АЭС или ТЭС. В конденсаторе в качестве средства охлаждения отработанного пара использованы теплообменные трубы, выполненные из термостойкого и теплоизолирующего материала, в которые вмонтированы термобатареи, холодные спаи которых обращены внутрь трубы, а горячие - наружу.

Изобретение относится к системам термостатирования (СТС) энергоемкого оборудования космических объектов (КО). СТС содержит две двухполостные жидкостные термоплаты (22), на которые устанавливается оборудование.

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться в теплообменных устройствах для отопления помещений. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при создании регулируемых теплопередающих устройств и систем терморегулирования на их основе, в частности в космической технике, а также для обеспечения теплового режима оборудования, работающего в суровых климатических условиях.

Изобретение относится к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам и может использоваться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата (Л.А.). .

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к методам контроля качества тепловых труб. .

Изобретение относится к области технологического оборудования для осуществления газофазных каталитических процессов и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности, использующих газофазные каталитические процессы.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в тепловых трубах. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при регулировании расхода и температуры текучей среды. Материалы, компоненты и способы согласно настоящему изобретению направлены на изготовление и использование макромасштабных каналов, содержащих текучую среду, температура и расход которой регулируется с помощью геометрических размеров макромасштабного канала и конфигурации по крайней мере части стенки макромасштабного канала и потока составных частиц, образующих текучую среду. Кроме того, стенка макромасштабного канала и поток составных частиц имеют такую конфигурацию, чтобы столкновения между составными частицами и стенкой преимущественно сопровождались зеркальным отскоком. Технический результат - повышение точности регулирования температуры и расхода текучей среды. 4 н. и 50 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к динамоэлектрическим машинам с системой охлаждения. Технический результат состоит в улучшении отвода тепла без усложнения конструкции. Динамоэлектрическая машина (1) содержит статор (2) и ротор (3). В пазах, по меньшей мере, статора (2) расположена обмоточная система (4). Посредством тепловых трубок (5) происходит, в основном, радиальный перенос тепла к торцевым сторонам (6) статора (2). Каждая тепловая трубка имеет зону испарения (19) и зону конденсации (7). Зона испарения (19) расположена внутри замкнутого охлаждающего контура динамоэлектрической машины. Тепловые трубки имеют плетеную структуру (8) на одном концевом участке зоны испарения и/или зоны конденсации для увеличения поверхности зоны испарения и/или зоны конденсации. Плетеная структура (8) является теплопроводящей и выполнена с возможностью обеспечения завихрения потока воздуха в зоне испарения и/или зоне конденсации. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к тепловым трубам, и может использоваться в различных областях электронной промышленности. Тепловая труба с применением трубчатых оптоволоконных структур, внутренняя боковая поверхность которой выложена трубчатыми оптическими стеклянными волокнами, а в качестве хладагента внутри нее используется легкоиспаряющаяся жидкость. Применение легкоиспаряющейся жидкости (спирт) в качестве хладагента позволяет интенсифицировать теплообмен в тепловой трубе за счет фазового перехода, создавая условия для термостатирования охлаждаемого объекта. Технический результат - обеспечение движения жидкости от зоны конденсации к зоне испарения и отвод инфракрасного излучения от охлаждаемого объекта. 2 ил.

Теплопередающая панель космического аппарата относится к космической технике и может быть использована в системах терморегулирования космических аппаратов (КА) при обеспечении теплового режима оборудования, установленного на искусственных спутниках Земли, межпланетных станциях, спускаемых аппаратах и других космических объектах. Теплопередающая панель КА содержит металлическую обшивку и встроенные тепловые трубы. Панель выполнена секционной и состоит из жестко соединенных друг с другом отдельных пустотелых секций с тепловыми трубами. Каждая секция панели, включая тепловые трубы, выполнена в виде единой монолитной конструкции. Предлагаемая панель позволяет повысить эффективность теплового контакта между охлаждаемым оборудованием и встроенными тепловыми трубами, унифицировать составные элементы конструкции, повысить надежность и долговечность панели, снизить загрязнение собственной атмосферы КА за счет изъятия клея из применяемых материалов, а также существенно упростить технологию изготовления приборной панели, которая сочетает в себе тепловые и прочностные функции. 10 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках с тепловыми трубами. Теплообменник с тепловыми трубами для передачи тепла от горячего газа холодному газу содержит корпус с первой камерой для подачи через нее горячего газа, второй камерой для подачи через нее холодного газа и множеством тепловых труб, простирающихся между первой камерой и второй камерой. В камерах расположены перегородочные панели для деления камер на отсеки с тепловыми трубами, причем перегородочные панели расположены в плоскости, по существу параллельной потоку газа через камеры, причем направление потока газа через один отсек с тепловыми трубами является параллельным направлению газа через соседний отсек с тепловыми трубами. Тепловые трубы собраны в один или несколько расположенных с возможностью удаления из соответствующих отсеков картриджей. Каждый картридж с тепловыми трубами содержит раму с опорной панелью, которая при установке картриджа в отсек взаимодействует с разделительной стенкой между первой камерой и второй камерой, чтобы образовывать газонепроницаемое разделение между первой и второй камерами. Тепловые трубы пересекают опорную панель и прикреплены к ней газонепроницаемым образом. Технический результат - расширение акустических характеристик теплообменника за счет уменьшения наводимой потоками вибрации. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата. Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель и конденсатор, теплоизоляционное кольцо, жестко скрепленное как с испарительным участком, так и конденсационным участком корпуса двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепятся рабочие колеса турбины с рабочими лопатками, охваченными ободом. Рабочие колеса турбины жестко крепятся к валу двигателя. На вал установлены колеса турбины с направляющими лопатками, охваченными ободом, представляющими собой кольцевой магнит. Ободья всех колес установлены с образованием кольцевого зазора с корпусом. Колеса с направляющими лопатками установлены с возможностью вращения по отношению к валу на подшипниках. Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит, жестко связанный с кожухом. На вал двигателя жестко крепится винт. В конденсаторе содержатся полые стержни. Вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания, содержащая форсунку. К стержням крепятся радиаторы как с внешней, так внутренней стороны корпуса, представляющие собой радиально установленные трапецеидальные пластины с втулками, охватывающими стержни с зазором, заполненным теплопроводной пастой. Изобретение направлено на уменьшение массогабаритных характеристик двигателя. 6 ил.

Изобретение относится к двум вариантам выполнения гравитационной тепловой трубы, предназначенной для замораживания и предотвращения оттаивания грунта под сооружениями, возводимыми в зоне вечной мерзлоты. Труба по обоим вариантам содержит корпус 2 с зоной 3 испарения, транспортной зоной 4 и зоной 5 конденсации. В зоне конденсации на корпусе установлены термоэлектрические преобразователи 9, охлаждающие их радиаторы 14 и элементы для теплового контакта преобразователей с корпусом и радиаторами. Общей особенностью трубы по обоим вариантам является то, что каждый преобразователь 9 с относящимися к нему упомянутыми элементами заключен в кожух 7 и вместе с радиатором 14 выполнен в виде установленного на корпусе 2 съемного теплоотводящего модуля 6. Свободный объем внутри кожуха 7 заполнен отвержденным при изготовлении модуля 6 водонепроницаемым теплоизоляционным материалом. В трубе по второму варианту зона конденсации наряду с описанным выше может содержать участок с радиатором, непосредственно контактирующим с корпусом. Технический результат - упрощение технического обслуживания трубы, повышение надежности и расширение возможностей ее использования. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может применяться в теплообменных устройствах, действующих по принципу «тепловой трубы» и используемых для отопления помещений. Радиатор отопления состоит из пустотелого корпуса, образованного участком трубы, заглушенной с одной стороны и представляющей камеру испарения. С камерой испарения соединяется камера конденсации, образованная размещенной над ней профилированной оболочкой. В оболочке грани профиля размещают горизонтально. Камера испарения содержит внутри себя коаксиально размещенную трубу, верхний конец которой выступает за ее пределы, а нижний установлен с зазором относительно ее дна, на верхнем конце трубы размещен раструб, при этом раструб установлен под гранями профиля. Площадь входного отверстия раструба больше площади наименьшего поперечного сечения камеры конденсации. Технический результат - повышение эффективности радиатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при создании калориферов, работающих на электроэнергии и на продуктах сгорания газа. Универсальный калорифер, содержащий трубы, закрепленные в коллекторе с образованием одной полости испарительно-конденсационного цикла. Коллектор выполнен из двух расположенных одна в другой труб большего Д1 и меньшего Д2 диаметров. Внутри трубы меньшего диаметра Д2 расположена дополнительная труба диаметром Д3 с образованием коллектора горячих газов. По периметру коллектора расположены сопла газовых горелок с электрическими регуляторами расхода газа, а в полости между трубами большего и меньшего диаметров расположены электронагреватели. По длине трубы большего диаметра с двух сторон в ее верхней части закреплены паропроводы, присоединенные к паровым коллекторам, а в ее нижней части - конденсатопроводы. Теплообменники присоединены сверху парового коллектора и закрыты кожухом, количество их рядов n2=2-5. В кожухе расположен вентилятор для подвода воздуха. Наружная поверхность паропроводов и труба коллектора большего диаметра покрыта слоем теплоизоляции. В баке установлен датчик уровня теплоносителя. Калорифер снабжен системой автоматического управления. Подводимая мощность электронагревателей N определяется зависимостью Nk=αF1(tт-tв)nm , где F1 - поверхность одного теплообменника, α - коэффициент теплоотдачи воздуха, tт - средняя температура поверхности теплообменника, tв - средняя температура воздуха, n - количество теплообменников, k=0,8-0,97 - коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую, m=1,05-1,15 - коэффициент неучтенных потерь тепла. Технический результат - повышение эффективности передачи тепла, снижение металлоемкости и расширение области применения калорифера. 2 ил.

Изобретение относится к области тепловых труб, а именно к гравитационным тепловым трубам, и может быть использовано для охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в районах распространения многолетнемерзлых пород. Гравитационная тепловая труба содержит частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. В транспортной зоне расположена вставка, образующая кольцевой карман со стенкой корпуса и имеющая радиальные каналы с открытым срезом со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса. По периферии вставка имеет, по крайней мере, одну проточку, в которой расположен кольцеобразный элемент, контактирующий со стенкой корпуса, и полый хвостовик, сообщающийся с радиальными каналами. На хвостовик надета трубка, предназначенная для стекания конденсата. Нижний конец трубки прикреплен к выступу, расположенному на заглушке-конусе, которой снабжен торец корпуса в зоне испарения. Технический результат состоит в упрощении конструкции устройства и его монтажа, удешевлении стоимости устройства при одновременном повышении эксплуатационной надежности и эффективности работы устройства. 3 ил.
Наверх