Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам. Устройство может быть использовано преимущественно в системах охлаждения электронных компонентов, в частности микропроцессоров, центральных процессоров, чипов, модулей памяти в компьютерах и т.д., в том числе там, где имеются два и более компонента с различной мощностью, требующих охлаждения, расположенных на удалении друг от друга и от стока тепла: воздушного, жидкостного или иного теплообменника. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов содержит контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включает испаритель с капиллярной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, отличающееся тем, что устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит по меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором. Технический результат заключается в повышении устойчивости работы устройства, упрощении изготовления и сборки, снижении трудоемкости, повышении эффективности отвода тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более, и произвольно расположены в пространстве, возможности размещения его в стесненных условиях. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам. Устройство может быть использовано преимущественно в системах охлаждения электронных компонентов, в частности микропроцессоров, центральных процессоров, чипов, модулей памяти в компьютерах и т.д., в том числе там, где имеются два и более компонента с различной мощностью, требующих охлаждения, расположенных на удалении друг от друга и от стока тепла: воздушного, жидкостного или иного теплообменника.

Уровень техники

Из уровня техники известно решение, относящееся к области теплотехники (SU 1395927, 15.05.1988). Целью данного решения является расширение эксплуатационных возможностей тепловой трубы путем обеспечения теплоотвода от дискретно расположенных и произвольно ориентированных в пространстве источников тепла (охлаждаемых объектов). Тепловая труба содержит несколько произвольно расположенных по отношению друг к другу аналогичных испарителей с капиллярно-пористой насадкой (фитильной структурой), параллельно подключенных своими паропроводами и конденсатопроводами, соответственно, к общему паропроводу и конденсатопроводу, которые, в свою очередь, подключены к общему конденсатору.

Недостатком данного устройства является то, что оно содержит одинаковые по размерам и конструкции испарители. Такое устройство неспособно устойчиво работать, если тепловая нагрузка, подводимая к каждому испарителю, различается более чем в 2-3 раза. Кроме того, оно является весьма громоздким, поскольку содержит несколько паропроводов и конденсатопроводов, что сильно ограничивает возможность размещения его в стесненных условиях, характерных, в частности, для компоновки современной электронной и компьютерной техники. Недостатками являются также высокая трудоемкость и сложность изготовления.

Известно теплопередающее устройство (RU2120592, 20.10.1998). Решение относится к области теплотехники, в частности к контурным тепловым трубам, и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов. Устройство содержит испарительную секцию, содержащую несколько испарителей. Каждый испаритель снабжен фитильной структурой, имеющей центральный канал для подвода жидкости (конденсата), а также системой периферийных канавок для отвода пара. Паропровод и конденсатопровод каждого испарителя подключены соответственно к коллекторам пара и конденсата. Конденсатор соединен с коллектором пара посредством основного паропровода. Гидроаккумулятор, расположенный над испарительной секцией и соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. За счет соединения гидроаккумулятора с конденсатором посредством основного конденсатопровода и расположения его над испарительной секцией достигается равномерное заполнение испарителей жидкостью (конденсатом) и обеспечивается надежный запуск и работа устройства.

Основным недостатком такого устройства является то, что оно способно нормально функционировать только тогда, когда гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией. Другим недостатком является то, что такое устройство может устойчиво работать, если тепловая нагрузка на испарителях одинакова или различается не более чем в 2-3 раза. Эти обстоятельства серьезно ограничивают область его использования. Кроме того, такое устройство является относительно громоздким, что также ограничивает его использование в стесненных условиях, которые являются достаточно типичными для компоновки различного электронного оборудования. Еще одним недостатком рассматриваемого устройства является сложность его изготовления из-за увеличения количества связей и соединений, когда используются два и более испарителей, каждый из которых снабжен фитильной структурой.

Известно теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов (RU2296929, 10.04.2008). Теплопередающее устройство предназначено для охлаждения теплонапряженных компонентов электронных приборов и относится к области теплотехники, в частности к контурным тепловым трубам. Устройство выполнено в виде замкнутого контура, частично заполненного теплоносителем, включающего испаритель с фитильной структурой внутри и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом. Испаритель может иметь цилиндрическую, дискообразную или прямоугольную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде пустотелого змеевика, может быть плоским, имеющим щелевидное поперечное сечение, или состоять из двух цилиндров, установленных один в другой с образованием кольцевого зазора. Устройство может содержать один или более испарителей, соединенных параллельно.

Недостатком данного устройства является то, что его использование для одновременного отвода тепла от нескольких объектов, различным образом расположенных в пространстве, имеющих различную форму и размеры, рассеиваемая мощность которых сильно различается, является весьма ограниченным. Такая ситуация, в частности, имеется либо на системных платах компьютерных серверов или в иных приборах и оборудовании, где используются различные электронные компоненты, размещенные в сильно стесненных условиях на различном расстоянии от стока тепла. Это связано с тем, что испарители соединены параллельно, а их размеры и форма испарителей в одном устройстве не могут различаться. Кроме того, такое устройство работает неустойчиво, если тепловая нагрузка, которую получают испарители от охлаждаемых компонентов, различается более чем в 2-3 раза. С этой точки зрения, данное устройство не является функционально и конструктивно гибким. Так же как и рассмотренные выше аналоги, данное устройство становится достаточно сложным и трудоемким, если число испарителей с фитильной структурой составляет два и более. Это обстоятельство дополнительно ограничивает возможность его широкомасштабного использования.

Известно теплопередающее устройство (CN105698576, 22.06.2016), которое содержит один или несколько одинаковых капиллярных испарителей, каждый из которых находится в тепловом контакте с источником тепла так же, как и в указанных выше аналогах, такое устройство не может нормально функционировать, если тепловая нагрузка на источниках тепа различается более чем в 2-3 раза. Кроме того, это устройство предусматривает наличие дополнительного конденсатора, а следовательно, и дополнительного стока тепла, расположенного на удалении от основного стока тепла, что делает систему охлаждения более громоздкой и ограничивает возможность ее размещения в стесненных условиях.

Известно теплопередающее устройство (US20150345872, 03.12.2015). Контурная тепловая труба содержит по крайней мере два одинаковых, параллельно включенных капиллярных испарителя и два параллельно включенных одинаковых конденсатора, на входе которых со стороны паропровода размещены капиллярные затворы (клапаны). Основной идеей данного изобретения является использование таких клапанов для управляемого отключения/подключения того или другого конденсатора, что позволяет регулировать термическое сопротивление системы или температуру охлаждаемых объектов, находящихся в тепловом контакте с капиллярными испарителями. Если клапан нагревается, то жидкость, содержащаяся в его капиллярной структуре, испаряется и пар из паропровода может проникать в конденсатор. Если нагрев с клапана снимается, то жидкость, насыщающая капиллярную структуру клапана, предотвращает его проникновение в конденсатор и конденсатор отключается. Что касается использования этого устройства для целей предлагаемого изобретения, то оно имеет те же основные недостатки, что и в рассмотренных выше аналогах.

Наиболее близким решением (прототипом) является устройство для охлаждения (WO2013092386, 27.06.2013) как минимум двух отдельных источников тепла, которое представляет собой замкнутый контур, внутри которого циркулирует теплоноситель, находящийся в паровой и жидкой фазах, включающий как минимум один фитильный испаритель, приспособленный для обеспечения теплового контакта с одним из источников тепла, который является основным. Для каждого иного источника тепла, называемого вторичным источником тепла, контур содержит теплообменник, приспособленный для обеспечения теплового контакта с упомянутым вторичным источником тепла. Контур также включает как минимум один конденсатор, расположенный между выходом испарителя и входом первого по направлению потока теплоносителя теплообменника, и как минимум еще один крайний конденсатор, расположенный между выходом последнего по потоку теплообменника и входом испарителя. Конденсаторы приспособлены для обеспечения теплового контакта со стоками тепла. Устройство включает в себя также как минимум один конденсатор, который расположен между двумя соседними вторичными источниками тепла.

Недостатком данного устройства, которые даже в наиболее простом варианте, когда есть только один основной и один вторичный источник, является то, что оно содержит по крайней мере два конденсатора - основной и крайний. В более общем случае, когда имеется "n" вторичных источников тепла, устройство содержит "n+1" конденсаторов. Такая конструкция является более громоздкой, и ее практическое применение в стесненных условиях, которые характерны для современного электронного оборудования, такого, например, как компьютерные сервера-блейды и мобильные компьютеры, весьма ограничено. Другим недостатком рассматриваемого устройства является то, что теплообменники, охлаждающие вторичные источники тепла, размещаются только между двумя соседними конденсаторами, в частности между основным и вторичным конденсаторами или между вторичным и крайним конденсаторами. Из этого следует, что все теплообменники, отвечающие за охлаждение вторичных источников тепла, размещаются только на том участке контура, по которому движется теплоноситель в жидкой фазе. Такая конструкция также делает устройство более громоздким, трудоемким, сложным в изготовлении и сборке, снижает область его практического использования.

Заявленное теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов позволяет в существенной мере преодолеть указанные недостатки, присущие как имеющимся аналогам, так и прототипу.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, которую решает предлагаемое техническое решение, является создание теплопередающего устройства, позволяющего размещать его в сильно стесненных условиях, способного эффективно отводить тепло одновременно от двух и более источников тепла, в частности электронных компонентов, таких как, например, микропроцессоры, транзисторы, модули памяти, чипы и т.д., мощности которых существенно различаются и которые произвольно расположены в пространстве, в том числе на различном расстоянии от стока тепла.

Технический результат заключается в повышении устойчивости работы устройства, упрощении изготовления и сборки, снижении трудоемкости, повышении эффективности отвода тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более и произвольно расположены в пространстве, возможности размещения его в стесненных условиях.

Технический результат достигается за счет того, что теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов содержит контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включает испаритель с капиллярной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, при этом устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит по меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором.

Паропровод содержит по меньшей мере один дополнительный теплообменник, выполненный в виде участка паропровода, сопряженного с контактной пластиной.

По меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода или паропровода, сопряженный с контактной пластиной, имеет U-образную или зигзагообразную форму, увеличивающую длину пути жидкости или пара при движении в пределах контактной пластины.

Теплообменник выполнен, в том числе, в виде разветвленного или прямолинейного участка конденсатопровода.

Контактные пластины выполнены из теплопроводного материала, например из меди или алюминия.

Испаритель имеет форму плоского параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

Испаритель имеет форму плоского цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

Конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

Конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

Конденсатор выполнен в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушенного с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, причем внешняя трубка снабжена рубашкой охлаждения и имеет отверстия для подключения паропровода и конденсатопрововода.

Теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, расположен рядом с конденсатором на том же стоке тепла.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. Схема устройства с одним теплообменником на конденсатопроводе.

Фиг.2. Схема устройства с одним теплообменником в виде прямолинейного участка.

Фиг.3. Схема устройства с одним теплообменником в виде разветвленного участка.

Фиг.4. Схема устройства с одним теплообменником на паропроводе.

Фиг.5. Схема устройства с несколькими теплообменниками на конденсатопроводе.

Фиг.6. Внешний вид испарителя в виде плоского параллелепипеда.

Фиг.7. Внешний вид испарителя в виде плоского диска.

Фиг.8. Внешний вид конденсатора в виде плоского параллелепипеда.

Фиг.9. Внешний вид конденсатора в виде плоского диска.

Фиг.10. Внешний вид цилиндрического конденсатора.

Осуществление изобретения

Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов выполнено в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, находящимся одновременно в жидкостной и паровой фазах, включающего один испаритель с фитильной структурой внутри, расположенный между выходом последнего по направлению потока теплоносителя теплообменника и входом испарителя, один конденсатор, приспособленный для обеспечения теплового контакта со стоком тепла и расположенный между выходом испарителя и входом первого по направлению потока теплоносителя теплообменника. Испаритель и конденсатор соединены соответственно раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом.

Конденсатопровод представляет собой участок контура, расположенный между выходом конденсатора и входом испарителя, который целиком заполнен жидкой фазой теплоносителя.

Паропровод представляет собой участок контура, расположенный между выходом испарителя и входом конденсатора, который целиком заполнен паровой фазой теплоносителя.

Испаритель может иметь цилиндрическую или плоскую формы. Для обеспечения теплообмена с источником тепла цилиндрический испаритель может быть снабжен переходным элементом "цилиндр-плоскость". Конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом и конденсатопроводом, или в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженных с пластиной из теплопроводного материала, служащей для обеспечения теплового контакта с каким-либо объектом, выполняющим роль стока тепла, например воздушным радиатором или жидкостным теплообменником. Конденсатор может быть выполнен также в виде плоских пустотелых параллелепипеда или цилиндра, снабженных отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода, плоские поверхности которых служат для обеспечения непосредственного теплового контакта со стоком тепла.

Конденсатор может быть выполнен также в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушенного с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, и снабженного рубашкой охлаждения, размещенной на поверхности внешнего цилиндра, через которую может прокачиваться жидкий или газообразный хладагент.

В тех случаях, когда теплопередающее устройство используется для одновременного отвода тепла от двух или более источников тепла, один из которых является основным, наиболее мощным, рассеивающим тепловой поток до 10 раз и более высокий, чем любой из других, менее мощных источников тепла, оно может быть снабжено контактной пластиной, сопряженной с участком конденсатопровода, служащей для обеспечения теплового контакта с другим менее мощным источником тепла. Указанный участок конденсатопровода может быть прямолинейным, если источник тепла имеет вытянутую форму. Если менее мощный источник тепла является компактным, то участок конденсатопровода может иметь, например, U-образную форму или иную форму, позволяющую увеличить длину участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, размеры которой могут быть ограничены размерами менее мощного источника тепла. Если мощность одного или суммарная мощность нескольких менее мощных источников тепла достигает 10-20 % от мощности основного источника тепла, то устройство может быть снабжено дополнительным теплообменником, сопряженным с конденсатопроводом, который может быть расположен на том же тепловом стоке, что и конденсатор теплопередающего устройства.

Дополнительный теплообменник может быть также размещен на отдельном стоке тепла.

Если условия компоновки и соотношение мощностей основного источника и менее мощного источника тепла позволяют, то контактная пластина может быть сопряжена и/или с паропроводом.

Теплопередающее устройство выполнено в виде замкнутого герметичного контура (фиг.1), включающего испаритель 1, например цилиндрический с фитильной структурой внутри (не показана), и конденсатор 2, соединенные паропроводом 3 и конденсатопроводом 4. Конденсатор выполнен, например, в виде плоского трубчатого змеевика, сопряженного с контактной пластиной 5. Испаритель 1 снабжен переходным элементом "цилиндр-плоскость" 6 для обеспечения теплового контакта с основным, наиболее мощным источником тепла (не показан). Устройство снабжено также контактной пластиной 7, сопряженной с теплообменником 8, выполненным в виде U-образного участка конденсатопровода 4, и обеспечивающей тепловой контакт со вторичным, менее мощным источником тепла (не показан).

Контактная пластина 7 изготовлена из теплопроводного материала, форма и размеры которой соответствуют форме и размерам вторичного источника тепла, а теплообменник имеет форму и размеры, обеспечивающие максимально возможную поверхность его контакта с контактной пластиной.

Выполнение заявленного устройства, в котором содержится только один паропровод, один конденсатопровод и один конденсатор, решает проблему размещения теплопередающих устройств, способных эффективно отводить тепло от двух и более источников тепла в сильно стесненных условиях, не прибегая к сложным, громоздким конструкциям, содержащим дополнительные, в том числе крайние, конденсаторы.

Устройство может быть снабжено теплообменником 9, представляющим собой прямолинейный участок конденсатопровода 4, сопряженный с контактной пластиной 10 (фиг.2), или снабжено теплообменником 11, представляющим собой разветвленный участок конденсатопровода 4, сопряженный с контактной пластиной 12 (фиг.3).

Устройство может быть снабжено теплообменником 13, представляющим собой U-образный участок паропровода 3, сопряженный с контактной пластиной 14 (фиг.4). Поскольку теплоемкость пара ниже, чем теплоемкость жидкости, таким образом можно охлаждать вторичные источники тепла, менее мощные, чем те, которые находятся в контакте с конденсатопроводом.

Устройство может быть снабжено дополнительным U-образным теплообменником 15, сопряженным с контактной пластиной 16, и вторым дополнительным теплообменником 17, сопряженным с контактной пластиной 18 и расположенным на том же стоке тепла (не показан), на котором расположен основной конденсатор 2 (фиг.5). Дополнительный теплообменник 17 охлаждает теплоноситель, но не конденсирует его и расположен на том же стоке тепла, что и конденсатор, поскольку при стесненных условиях другого места в охлаждаемых устройствах просто может не быть.

Устройство может быть снабжено испарителем в виде плоского параллелепипеда (фиг.6) или диска (фиг.7), снабженных отверстиями 19 и 20 для подключения паропровода 3 и конденсатопровода 4 соответственно. Устройство может быть снабжено конденсатором, выполненным в форме плоского параллелепипеда (фиг.8) или в форме диска (фиг.9), имеющих отверстие 21 для подключения паропровода 3 и отверстие 22 для подключения конденсатопровода 4. Конденсатор (фиг.10) может быть выполнен также в виде пустотелого кольцевого зазора 23, заглушенного с торцов заглушками 24, образованного внешней цилиндрической трубкой 25 и внутренней цилиндрической трубкой 26, установленными коаксиально. Внешняя цилиндрическая трубка имеет отверстие 27 для подключения паропровода 3 и отверстие 28 для подключения конденсатопровода 4. На наружной поверхности внешней цилиндрической трубки 25 установлена рубашка охлаждения 29 для прокачки жидкого или газообразного хладагента.

Контур может быть выполнен из металлической трубки диаметром от 1 до 10 мм.

Цилиндрический испаритель может быть выполнен диаметром 8 мм с фитильной структурой, спеченным из мелкодисперсного металлического порошка.

В качестве теплоносителя может быть использован аммиак.

Теплопередающее устройство работает следующим образом. При подводе тепла к испарителю 1 (фиг.1) от основного наиболее мощного источника тепла (охлаждаемого объекта), с которым испаритель 1 находится в плотном тепловом контакте через контактную пластину 6, теплоноситель, насыщающий фитильную структуру (не показана), испаряется, поглощая скрытую теплоту парообразования. За счет этого происходит интенсивный отвод тепла от охлаждаемого объекта. В этом процессе испаритель выполняет функцию эффективного испарительного теплообменника. Пар, образовавшийся в испарителе 1, а вместе с ним и тепло, полученное от охлаждаемого объекта, по паропроводу 3 движется к конденсатору 2, который через свою контактную пластину 5 передает тепло внешнему теплообменнику (не показан), выполняющему роль стока тепла. В некоторых случаях контактная пластина 5 может отдавать тепло непосредственно внешней среде за счет естественной или вынужденной конвекции воздуха или жидкости. В результате этого в конденсаторе 2 происходит конденсация пара и образовавшаяся жидкость по конденсатопроводу 4 возвращается обратно в испаритель 1, замыкая рабочий цикл теплопередающего устройства, который непрерывно и многократно повторяется пока испаритель 1 находится под действием тепла, поступающего от охлаждаемого объекта. Циркуляция теплоносителя в паровой и жидкой фазах обеспечивается за счет капиллярного давления, создаваемого в капиллярной структуре испарителя 1. В этом качестве последний выполняет другую важную функцию капиллярного насоса, который не содержит никаких механических подвижных частей и действует только за счет той энергии, которую получает от источника тепла - охлаждаемого объекта. Массовый расход теплоносителя m по замкнутому контуру определяется величиной теплового потока или мощности Q1, которую он получает от охлаждаемого объекта и теплотой испарения жидкости r. Эти величины связаны формулой

Q1= mr [Вт].

Из формулы (1) следует, что чем выше мощность основного источника тепла, тем более высокий массовый расход теплоносителя имеет место в теплопередающем устройстве. Данное обстоятельство позволяет без использования дополнительных испарителей с фитильной структурой осуществлять одновременное охлаждение по крайней мере еще одного менее мощного источника тепла, который находится в том же приборе или оборудовании, где находится основной более мощный источник тепла.

Поток теплоносителя, проходя через теплообменник 8, который сопряжен с контактной пластиной 7, находящейся в плотном тепловом контакте с менее мощным источником тепла, отнимает тепло Q2 у последнего за счет своей теплоемкости Cp, согласно формуле

Q2=mСр(T2-T1) [Вт], 2)

где T1 - температура жидкого теплоносителя на входе в теплообменник, а T2 - на выходе из него.

Из формулы (2) следует, что чем выше массовый расход теплоносителя m, тем ниже величина Т21, а следовательно, ниже температура теплоносителя Т2 на выходе из теплообменника 8. Это весьма важно, поскольку температура Т2 теплоносителя, поступающего в испаритель 1, может влиять на его рабочую температуру и, соответственно, на рабочую температуру охлаждаемого объекта, которая не должна превышать некоторого заданного максимального значения. В свою очередь из этого следует, что величина тепловой мощности Q1, рассеиваемой основным более мощным источником тепла, и величина Q2, рассеиваемая менее мощным источником тепла, должны существенно различаться, обычно не менее чем в 10 раз. Это вполне приемлемая величина, поскольку на практике, например, в компьютерных серверах центральные процессоры рассеивают мощность, как правило, в 10-20 раз больше, чем любой из других электронных компонентов, расположенных вместе с ним на системной плате.

Если вторичный источник тепла имеет вытянутую форму, например модуль памяти в компьютерном сервере, то охлаждающий его теплообменник выполнен в виде прямолинейного участка конденсатопровода 4, сопряженного с соответствующей контактной пластиной 10.

Если вторичный источник тепла имеет достаточно большие размеры, то соответствующий теплообменник 11 выполнен в виде разветвленного участка конденсатопровода 4, такой участок конденсатопровода имеет незначительное гидравлическое сопротивление, что позволяет сопрягать его с контактной пластиной 12, размеры которой соответствуют размерам большого источника тепла.

Если это необходимо по условиям компоновки, теплообменник 13 со своей контактной пластиной 14 располагаются и/или на паропроводе 3 между выходом испарителя и входом конденсатора. Это вполне допустимо, несмотря на относительно низкую теплоемкость теплоносителя в паровой фазе. Достаточно эффективное охлаждение вторичного источника тепла в этом случае обеспечивается значительно более высокой скоростью движения пара при том же массовом расходе теплоносителя, что и в жидкой фазе.

Если необходимо охлаждать один или несколько вторичных источников тепла, суммарная мощность которых превышает некоторую допустимую для рассмотренного выше устройства, то в этом случае используется дополнительный теплообменник 17, который вместе с контактной пластиной 18 может быть расположен в наиболее подходящем месте, например рядом с конденсатором 2 на том же стоке тепла.

По сути все теплообменники расположены на одном конденсатопроводе, и не имеют между собой дополнительных элементов (конденсаторов), и напрямую (непосредственно) связаны с одним конденсатором и одним испарителем.

Устройство, снабженное плоскими испарителями, представленными на фиг.6 и 7, и конденсаторами, представленными на фиг.8,9,10, работает аналогичным образом. Однако для плоских испарителей и конденсаторов не требуется использование контактных пластин. Наличие плоских поверхностей у них позволяет обеспечивать непосредственный тепловой контакт с источником или стоком тепла, соответственно.

Пример реализации заявленного изобретения.

Теплопередающее устройство, содержащее цилиндрический испаритель диаметром 8 мм с фитильной структурой, спеченный из мелкодисперсного металлического порошка, частично заполненное аммиаком в качестве теплоносителя, имеющее паропровод и конденсатопровод диаметром 2 мм, и конденсатор, выполненный из трубки такого же диаметра, сопряженный с жидкостным теплообменником, охлаждаемым водой при температуре 40 °С, было испытано при тепловой мощности 98 Вт, подводимой к основному источнику тепла.

Контактные пластины для менее мощных источников тепла были расположены на участках конденсатопровода и паропровода. По условиям испытаний максимальная температура основного источника тепла при указанной тепловой нагрузке не должна была превышать 90 °С, а менее мощного источника тепла 85 °С.

Было показано, что при тепловой нагрузке 10 Вт на менее мощном источнике тепла температура основного источника тепла составила 89,9 °С. При этом температура менее мощного источника была равно 81,2 °С. Если тепловая нагрузка на основной источник снижалась до 65 Вт, то указанные максимальные температуры на источниках достигались при тепловой нагрузке на менее мощный источник 5 Вт. Аналогичные испытания, проведенные при размещении менее мощного источника на паропроводе, показали, что его мощность может достигать 4 Вт.

Выполнение устройства, в том числе, с одним испарителем, одним конденсатором, одним паропроводом, одним конденсатопроводом и расположенным одним или несколькими теплообменниками непосредственно между указанным одним испарителем и одним конденсатором (т.е. без дополнительных элементов, например конденсаторов, между теплообменниками), позволяет достичь заявленный технический результат, обеспечивающий устойчивую работу устройства, упрощение его изготовления и сборки, снижение трудоемкости, размещение устройства в стесненных условиях и эффективный отвод тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более, и произвольно расположены в пространстве.

1. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов, содержащее контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включающее испаритель с фитильной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, отличающееся тем, что устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит по меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что паропровод содержит по меньшей мере один дополнительный теплообменник, выполненный в виде участка паропровода, сопряженного с контактной пластиной.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода или паропровода, сопряженный с контактной пластиной, имеет U-образную или зигзагообразную форму, увеличивающую длину пути жидкости или пара при движении в пределах контактной пластины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде разветвленного участка конденсатопровода.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде прямолинейного участка конденсатопровода.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из теплопроводного материала.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из меди.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из алюминия.

9. Устройство по п.1, отличающееся том, что испаритель имеет форму плоского параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испаритель имеет форму плоского цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конеденсатопровода.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушенного с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, причем внешняя трубка снабжена рубашкой охлаждения и имеет отверстия для подключения паропровода и конденсатопрововода.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, расположен рядом с конденсатором на том же стоке тепла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам, предназначенным для охлаждения тепловыделяющих элементов серверных стоек, и может также использоваться в других электронных устройствах, построенных по принципу стойки, и охлаждать любые требующие охлаждения элементы.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в устройствах для передачи тепла. Электронная тепловая труба включает в своем составе испаритель, паропровод, теплообменник-охладитель, паропровод, причем в качестве испарителя выступает катод, состоящий из элемента трубопровода из электропроводящего материала с нанесенным на его внутреннюю поверхность эмиссионным слоем из материала с низкой работой выхода электронов, в качестве теплообменника-охладителя выступает анод, состоящий из элемента трубопровода из электропроводящего материала и нанесенного на его внутреннюю поверхность слоя восприятия электронов из материала с низкой работой выхода, причем анод электрически последовательно через потребитель электроэнергии соединен с катодом.

Изобретение относится к вакуумным радиаторам и может быть использовано для отопления помещений. Вакуумный радиатор содержит корпус, выполненный в виде двух герметично соединенных между собой листов материала, выдерживающего низкое давление.

Способ крепления тепловой трубы к теплоприемному основанию включает выполнение канавки на плоской поверхности теплоприемного основания, закладку в канавку тепловой трубы и деформацию тепловой трубы плоским пуансоном, причем канавку выполняют с глубиной не менее диаметра тепловой трубы, неизменной шириной от поверхности теплоприемного основания до половины глубины канавки, а приложение плоским пуансоном давления осуществляют к кромкам канавки.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным протяженным каналам в системах теплоэнергетики. Изобретение заключается в том, что в кольцевом регулируемом термосифоне, содержащем испаритель, конденсатор, трубу для транспорта пара, трубу для сконденсированной жидкости, кольцевую камеру с кольцевым соплом в испарителе, подключенную к трубе с конденсатом, причем в испаритель ниже кольцевого сопла введен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла, а конденсатор соединен с трубой для жидкости через управляемые вентили, между трубой для пара и конденсатором включен сифон, а выход сифона присоединен к донной поверхности конденсатора, содержащего сконденсированную жидкость.

Изобретение относится к способу осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола (PX). Способ включает подачу потока поступающего материала и потока маточного раствора в РХ кристаллизационную установку, содержащую первый теплообменник для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала и кристаллизатор для кристаллизации РХ из потока поступающего материла, при этом поток маточного раствора охлаждается до температуры -50°С, предоставление второго теплообменника для охлаждения потока поступающего материала до его поступления в РХ кристаллизационную установку для охлаждения потока поступающего материала вторым низкотемпературным источником энергии от охлаждающего агента и предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала до того, как поток поступающего материала входит во второй теплообменник.

Изобретение относится к теплотехнике. Радиатор тепловой трубы состоит из набора горизонтальных колец 2, закрепленных на вертикально расположенном цилиндрическом корпусе 1.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу кондиционирования при помощи активных охлаждающих балок. Система охлаждающих балок для кондиционируемого помещения содержит: блоки охлаждающих балок, каждый из которых имеет первый теплообменник и сконфигурирован для приема первичного воздуха и эжектирования первичного воздуха для создания потока вторичного воздуха через теплообменник; блок подготовки, сконфигурированный для передачи первичного воздуха из центрального блока подготовки воздуха на вход охлаждающей балки; и терминальные блоки, сконфигурированные для кондиционирования, с помощью второго теплообменника, потока рециркуляционного воздуха, извлекаемого из помещения, и смешивания кондиционированного воздуха с первичным воздухом из центрального блока подготовки воздуха для формирования объединенного потока первичного воздуха и передачи кондиционированного рециркуляционного воздуха на вход воздуха охлаждающей балки.

Изобретение относится к энергетике. Теплообменная система, содержащая единое устройство, имеющее область, погруженную в ванну с текучей средой, и свободное пространство вверху, в котором накапливается паровая фаза, одну внутреннюю область, открытую с обоих концов, расположенную внутри упомянутого устройства и полностью погруженную в ванну с текучей средой, теплообменные поверхности, причём, по меньшей мере, одна из теплообменных поверхностей находится внутри данной внутренней области и, по меньшей мере, одна другая поверхность находится в пространстве между упомянутой внутренней областью и стенками данного устройства.

Изобретение относится к теплопередающим устройствам, а именно к гравитационным тепловым трубам, предназначенным преимущественно для использования при охлаждении грунта.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи большого количества тепла при малых перепадах (градиентах) температуры на большие расстояния. В соответствии с заявленным изобретением предложен способ теплопередачи и устройство, реализующее заявленный способ. Устройство теплопередачи содержит емкость испарителя, заполненную по меньшей мере двумя различными текучими средами, причем первая текучая среда находится в газообразной фазе, а вторая текучая среда находится в жидкой фазе. Трубопровод соединяет емкость испарителя с конденсатором и накопительной емкостью, которые заполнены первой текучей средой, находящейся в газообразной фазе с давлением Р0 от 0,3 атм до 50 атм и более. Технический результат - исключение перегрева емкости испарителя, излишних затрат топлива, а также снижение использования дополнительного объема для аккумулирования тепла горелки, снижение затрат на производство емкости испарителя и обеспечение возможности непрерывной подачи теплоты к потребителю теплоты. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы. Устройство содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию, причем указанная внутренняя секция содержит теплообменник, электрический тепловой насос для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос для аккумуляции энергии, высокотемпературный /низкотемпературный баки для хранения воды, нагреватель тепловых контуров, клапаны и циркуляционные водяные насосы. Теплообменная секция содержит высокотемпературный и низкотемпературный баки для хранения воды, электрический тепловой насос, теплообменник, клапаны и циркуляционный водяной насос. Устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки путем комбинации различных клапанных переключателей, причем высокотемпературный бак для хранения воды используют для балансировки разницы между количеством подводимого тепла в систему и тепловой нагрузкой, а низкотемпературный бак используют для стабилизации количества извлекаемого рекуперированного отведенного тепла, тем самым, решая проблему ограничения способности выработки электроэнергии при пиковой нагрузке из-за зависимости выработки электроэнергии и теплоснабжения в традиционном режиме работы «тепло обуславливает электричество», причем СНР устройство может участвовать в регулировании мощности энергосистемы, которое может быть улучшено таким образом, чтобы иметь дело с условием постоянно растущей разности между максимумом и минимумом электрической нагрузки, причем поглощающая способность энергосистемы для ветроэнергетики может быть улучшена, с тем чтобы снизить явление «приостановки вентилятора». 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики. Термосифон содержит корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, причем в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора. В корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса оснащена клапаном. Сифон может быть выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом, а в испарительной зоне может быть размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла. Технический результат - повышение эффективности испарения жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам. Устройство может быть использовано преимущественно в системах охлаждения электронных компонентов, в частности микропроцессоров, центральных процессоров, чипов, модулей памяти в компьютерах и т.д., в том числе там, где имеются два и более компонента с различной мощностью, требующих охлаждения, расположенных на удалении друг от друга и от стока тепла: воздушного, жидкостного или иного теплообменника. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов содержит контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включает испаритель с капиллярной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, отличающееся тем, что устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит по меньшей мере один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором. Технический результат заключается в повышении устойчивости работы устройства, упрощении изготовления и сборки, снижении трудоемкости, повышении эффективности отвода тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более, и произвольно расположены в пространстве, возможности размещения его в стесненных условиях. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх