RU2044983C1 - Contour heat pipe - Google Patents
Contour heat pipe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2044983C1 RU2044983C1 RU93025891/06A RU93025891A RU2044983C1 RU 2044983 C1 RU2044983 C1 RU 2044983C1 RU 93025891/06 A RU93025891/06 A RU 93025891/06A RU 93025891 A RU93025891 A RU 93025891A RU 2044983 C1 RU2044983 C1 RU 2044983C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- evaporator
- temperature
- pipe
- condensate
- Prior art date
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах охлаждения тепловыделяющих приборов. The invention relates to heat engineering and can be used in cooling systems of fuel devices.
Известны артериальные тепловые трубы или тепловые трубы с гомогенным фитилем (ТТ) [1 и 2] содержащие корпус с капиллярной структурой и имеющие зоны испарения, транспорта и конденсации. Возможности таких тепловых труб ограничены величиной передаваемой тепловой нагрузки и расстоянием тепломассопереноса. Known arterial heat pipes or heat pipes with a homogeneous wick (TT) [1 and 2] containing a housing with a capillary structure and having zones of evaporation, transport and condensation. The possibilities of such heat pipes are limited by the value of the transmitted heat load and the distance of heat and mass transfer.
Наиболее близкой по технической сущности является контурная тепловая труба (КТТ), т.е. тепловая труба с радиальными каналами для пара и жидкости [3] содержащая соединенные паро- и конденсатопроводами конденсатор и расположенные в одном корпусе испаритель с капиллярно-пористой насадкой и размещенную со стороны конденсатопровода компенсационную полость. По сравнению с тепловыми трубами [1 и 2] КТТ передает существенно большие тепловые нагрузки и на большие расстояния, а также открывает дополнительные возможности работы в диодном режиме, в режиме регулирования, с изменением положения транспортных каналов в процессе работы КТТ, работы в условиях гравитации при существенном превышении испарителя над конденсатором и др. The closest in technical essence is a contour heat pipe (CTT), i.e. a heat pipe with radial channels for steam and liquid [3] containing a condenser connected by steam and condensate lines and an evaporator with a capillary-porous nozzle located in the same housing and a compensation cavity located on the side of the condensate line. Compared to heat pipes [1 and 2], the CTT transmits significantly greater thermal loads over long distances, and also opens up additional possibilities for working in the diode mode, in the control mode, with a change in the position of the transport channels during the operation of the CTT, operation under gravity under a significant excess of the evaporator over the condenser, etc.
Несмотря на многочисленные достоинства КТТ, использование их в пассивных системах терморегулирования сопряжено с рядом трудностей, связанных с обеспечением запуска (т.е. обеспечением начала циркуляции теплоносителя в контуре) при охлаждении конденсатора и сохранении постоянной температуры испарителя; с чувствительностью КТТ к внешним тепловым воздействиям на конденсатопровод, выражаемой в резком увеличении термического сопротивления КТТ при снижении расхода теплоносителя в контуре; с регулированием температуры КТТ, для чего используются либо активные средства; нагреватели, термоэлектрические охладители, либо механические подвижные элементы: клапаны, сильфоны и т.п. что требует дополнительных энергозатрат в одном случае и снижает надежность в другом (под регулированием температуры КТТ понимается принудительное поддерживание температуры испарителя в заданном диапазоне температур при изменении подводимой нагрузки и/или условий теплоотвода в зоне конденсации). Despite the many advantages of KTT, their use in passive thermal control systems is associated with a number of difficulties associated with ensuring the start-up (i.e., ensuring the beginning of the circulation of the coolant in the circuit) while cooling the condenser and maintaining a constant temperature of the evaporator; with the sensitivity of the CTT to external thermal influences on the condensate pipe, expressed in a sharp increase in the thermal resistance of the CTT with a decrease in the flow rate of the coolant in the circuit; with temperature control KTT, for which either active agents are used; heaters, thermoelectric coolers, or mechanical moving elements: valves, bellows, etc. which requires additional energy consumption in one case and reduces reliability in another (CTT temperature control refers to the forced maintenance of the evaporator temperature in a given temperature range when the input load and / or heat removal conditions in the condensation zone change).
Цель изобретения обеспечение возможности автономного (без дополнительного энергопотребления) запуска КТТ при охлаждении конденсатора и постоянной температуре испарителя, т.е. когда тепловая нагрузка не подводится к испарителю, а отводится от конденсатора и запуск КТТ не может быть произведен без помощи электронагревательных, электроохладительных, механических или других энергопотребляющих устройств; снижение воздействия внешних теплопритоков на конденсатопровод очень важно для получения температуры на испарителе КТТ ниже температуры окружения конденсатопровода на малых значениях расхода теплоносителя в контуре, когда температура жидкости в конденсаторопроводе может стать практически равной температуре окружения в результате воздействия теплопритоков; обеспечение возможности использования контурной тепловой трубы в качестве средства стабилизации температуры тепловыделяющего объекта без дополнительных энергозатрат и без движущихся механизмов. The purpose of the invention is the provision of the possibility of autonomous (without additional energy consumption) CTT start-up when the condenser is cooled and the evaporator constant temperature, i.e. when the heat load is not supplied to the evaporator, but is removed from the condenser and the CTT cannot be started without the help of electric heating, electric cooling, mechanical or other energy-consuming devices; Reducing the effect of external heat influx on the condensate pipe is very important to obtain a temperature on the KTT evaporator below the ambient temperature of the condensate pipe at low values of the coolant flow rate in the circuit, when the temperature of the liquid in the condenser pipe can become almost equal to the ambient temperature as a result of heat influx; providing the possibility of using a contour heat pipe as a means of stabilizing the temperature of a fuel object without additional energy costs and without moving mechanisms.
Цель достигается тем, что в контурной тепловой трубе, содержащей соединенные паро- и конденсатопроводами конденсатор и расположенные в одном корпусе испаритель с капиллярно-пористой насадкой и размещенную со стороны конденсатопровода компенсационную полость, снаружи тепловой трубы установлен теплообменник-охладитель, соединенный с компенсационной полостью и помещенный в среду с температурой ниже температуры испарителя; теплообменник-охладитель установлен на компенсационной полости в непосредственном контакте с ней или соединен с ней посредством теплопровода; конденсатор тепловой трубы сообщен с конденсатопроводом посредством дополнительного теплопровода, контактирующего с конденсатопроводом по всей его длине; контурная тепловая труба содержит шунтирующую тепловую трубу, имеющую тепловой контакт с зоной теплоподвода испарителя и компенсационной полостью, причем шунтирующая тепловая труба заправлена теплоносителем, критическая температура которого лежит внутри диапазона регулирования температуры испарителя. The goal is achieved in that in a contour heat pipe containing a condenser connected by steam and condensate pipelines and an evaporator with a capillary-porous nozzle located in the same body and a compensation cavity located on the side of the condensate pipe, a heat exchanger-cooler is installed outside the heat pipe, connected to the compensation cavity and placed in an environment with a temperature below the temperature of the evaporator; a heat exchanger-cooler is installed on the compensation cavity in direct contact with it or connected to it by means of a heat pipe; the condenser of the heat pipe is in communication with the condensate conduit by means of an additional heat conduit in contact with the condensate conduit along its entire length; the contour heat pipe contains a shunt heat pipe having heat contact with the heat supply zone of the evaporator and the compensation cavity, and the shunt heat pipe is charged with a coolant whose critical temperature lies within the range of the temperature control of the evaporator.
На фиг. 1 изображена контурная тепловая труба, компенсационная полость которой соединена с теплообменником-охладителем с помощью теплопровода; на фиг. 2 выполнение теплообменника-охладителя непосредственно на компенсационной полости; на фиг. 3 применение дополнительного теплопровода, имеющего тепловой контакт с конденсатором и конденсатопроводом по всей его длине; на фиг. 4 установка шунтирующей тепловой трубы, имеющей тепловой контакт с зоной теплоподвода испарителя КТТ и с компенсационной полостью. In FIG. 1 shows a contour heat pipe, the compensation cavity of which is connected to a heat exchanger-cooler using a heat pipe; in FIG. 2 the implementation of the heat exchanger-cooler directly on the compensation cavity; in FIG. 3 the use of an additional heat conduit having thermal contact with the condenser and the condensate conduit along its entire length; in FIG. 4 installation of a shunt heat pipe having thermal contact with the heat supply zone of the KTT evaporator and with a compensation cavity.
КТТ (фиг. 1) содержит испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные между собой трубопроводами (паро- 3 и конденсатопроводом 4). Капиллярно-пористая насадка 5 делит испаритель на две области: зону теплоподвода 6 и компенсационную полость 7. Компенсационная полость соединена с помощью теплопровода 9 с теплообменником-охладителем 10. Возможна также установка теплообменника-охладителя непосредственно на компенсационную полость (фиг. 2). И в том и в другом случае теплообменник-охладитель должен размещаться в среде, имеющей температуру ниже температуры испарителя. CTT (Fig. 1) contains an
КТТ может содержать дополнительный теплопровод 11, имеющий тепловой контакт с конденсатором и конденсатопроводом по всей его длине (фиг. 3). KTT may contain additional heat conduit 11 having thermal contact with the condenser and the condensate conduit along its entire length (Fig. 3).
Кроме того, КТТ может содержать шунтирующую тепловую трубу 12, имеющую тепловой контакт с зоной теплоподвода испарителя КТТ и с компенсационной полостью, причем критическая температура теплоносителя шунтирующей ТТ лежит внутри диапазона регулирования температуры испарителя. Схематично установка шунтирующей тепловой трубы на КТТ показана на фиг. 4. In addition, the CTT may include a
КТТ работает следующим образом. CTT works as follows.
При наличии температурного напора между испарителем и конденсатором для начала циркуляции теплоносителя в КТТ необходимо также создать перепад температур между испарителем и компенсационной полостью. Для выполнения этого условия в настоящем изобретении решено охлаждать компенсационную полость с помощью теплообменника-охладителя. Теплообменник-охладитель может быть выполнен непоcредственно на компенсационной полости либо соединяться с компенсационной полостью теплопроводом, но во всех случаях он должен быть помещен в среду, с температурой ниже температуры испарителя. Эффективная площадь поверхности теплообменника-охладителя определяется условием
Fто=
(1) где Ср теплоемкость теплоносителя Дж/(кг ˙ град);
r теплота фазового перехода теплоносителя, Дж/кг;
Q номинальная тепловая нагрузка, для передачи которой предназначена контурная тепловая труба, Вт;
Δ Т перепад температур между испарителем и конденсатором контурной тепловой трубы при номинальной нагрузке, град;
К коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт/(м2 ˙ град);
Ти температура испарителя, град;
Тос температура окружающей среды, град, Тос < Ти).If there is a temperature pressure between the evaporator and the condenser, it is also necessary to create a temperature difference between the evaporator and the compensation cavity to start the circulation of the heat carrier in the CTT. To fulfill this condition, the present invention decided to cool the compensation cavity using a heat exchanger-cooler. The heat exchanger-cooler can be performed directly on the compensation cavity or connected to the compensation cavity by a heat pipe, but in all cases it must be placed in an environment with a temperature below the temperature of the evaporator. The effective surface area of the heat exchanger-cooler is determined by the condition
F then =
(1) where C p is the heat capacity of the coolant J / (kg ˙ deg);
r is the heat of the phase transition of the coolant, J / kg;
Q is the nominal thermal load for the transfer of which the loop heat pipe is intended, W;
Δ T temperature difference between the evaporator and the condenser of the contour heat pipe at rated load, deg;
To the coefficient of heat transfer to the environment, W / (m 2 д deg);
T and the temperature of the evaporator, degrees;
T OS ambient temperature, deg, T OS <T and ).
При охлаждении компенсационной полости, в соответствии с условием (1) паровая фаза в ней начинает конденсироваться. На место конденсирующейся паровой фазы в компенсационную полость из конденсатопровода поступает жидкая фаза теплоносителя, освобождая при этом пространство в паровом канале, а затем и в конденсаторе. Начало конденсации паровой фазы в конденсаторе (на освобождающейся от жидкости поверхности) соответствует началу циркуляции теплоносителя в КТТ, т.е. запуску. When the compensation cavity is cooled, in accordance with condition (1), the vapor phase in it begins to condense. In place of the condensing vapor phase, the liquid phase of the coolant enters the compensation cavity from the condensate conduit, freeing up space in the vapor channel, and then in the condenser. The beginning of condensation of the vapor phase in the condenser (on the surface freed from the liquid) corresponds to the beginning of the circulation of the coolant in the CTT, i.e. launch.
Если тепловая нагрузка, передаваемая КТТ, снижается, а к конденсатопроводу поступают теплопритоки, температура жидкости в конденсатопроводе может сравняться с температурой окружения (из-за низкого значения расхода теплоносителя в контуре). Для предотвращения зависимости температуры КТТ от температуры окружения, на нее может быть установлен дополнительный теплопровод, имеющий тепловой контакт по всей длине с конденсатопроводом и отводящий теплопритоки непосредственно в зону конденсации. При наличии такого теплопровода, соединяющего в тепловом отношении конденсатопровод и конденсатор, жидкий теплоноситель остается практически изотермичным, сохраняет температуру на уровне температуры дополнительного теплопровода (близкой к температуре конденсатора) и не может достичь температуры окружения. If the heat load transmitted by the CTT decreases, and heat inflows come to the condensate line, the temperature of the liquid in the condensate line can equal the ambient temperature (due to the low flow rate of the coolant in the circuit). To prevent the dependence of the temperature of the KTT on the ambient temperature, an additional heat conduit can be installed on it, having thermal contact along the entire length with the condensate conduit and removing heat inflows directly to the condensation zone. In the presence of such a heat conductor, which connects the condensate conductor and the condenser in heat terms, the liquid coolant remains practically isothermal, maintains the temperature at the temperature level of the additional heat conduit (close to the temperature of the condenser) and cannot reach the ambient temperature.
При эксплуатации КТТ уменьшение тепловой нагрузки, подводимой к испарителю, или снижение температуры окружающей среды, в которую рассеивает тепло конденсатор, может привести к снижению температуры испарителя ниже заданной. Чтобы исключить переохлаждение испарителя, в устройство введена шунтирующая тепловая труба (например, артериальная ТТ), имеющая тепловой контакт с зоной подвода и с компенсационной полостью. Критическая температура теплоносителя шунтирующей тепловой трубы должна быть выше заданной нижней границы регулирования, но ниже верхней границы регулирования. Если температура испарителя становится выше критической температуры теплоносителя шунтирующей тепловой трубы, то последний переходит в газообразное состояние и шунтирующая тепловая труба не работает, При снижении температуры испарителя ниже критической температуры теплоносителя шунтирующей ТТ происходит запуск последней. Далее начинает передаваться тепло от более теплой зоны теплоподвода испарителя к более холодной компенсационной полости, что сопровождается ростом термического сопротивления КТТ. Для того, чтобы термическое сопротивление КТТ повысилось на необходимую для сохранения рабочей температуры испарителя величину, термическое сопротивление шунтирующей ТТ (в работающем состоянии) должно удовлетворять условию
Rш≅
(2) где Rш термическое сопротивление шунтирующей ТТ, К/Вт;
Ти температура стенки испарителя, град;
ТРЕГ нижний предел регулирования, град;
Qго тепло, рассеиваемое теплообменником-охладителем, Вт;
Q передаваемая КТТ нагрузка, Вт;
Ткон рабочая температура конденсатора, град при нагрузке Q;
Ср теплоемкость жидкой фазы теплоносителя, Дж/(кг ˙ град);
r теплота фазового перехода, Дж/кг.During operation of the CTT, a decrease in the heat load supplied to the evaporator, or a decrease in the ambient temperature into which the condenser dissipates heat, can lead to a decrease in the temperature of the evaporator below a predetermined one. In order to exclude supercooling of the evaporator, a shunt heat pipe (for example, arterial CT) is introduced into the device, which has thermal contact with the supply zone and with the compensation cavity. The critical temperature of the coolant of the shunt heat pipe must be above the specified lower limit of regulation, but below the upper limit of regulation. If the evaporator temperature rises above the critical temperature of the shunt heat pipe coolant, the latter goes into a gaseous state and the shunt heat pipe does not work.When the evaporator temperature drops below the critical temperature of the shunt heat carrier, the latter starts up. Then, heat begins to be transferred from the warmer heat supply zone of the evaporator to the colder compensation cavity, which is accompanied by an increase in the thermal resistance of the CTT. In order for the thermal resistance of the CTT to increase by the amount necessary to maintain the operating temperature of the evaporator, the thermal resistance of the shunt CT (in working condition) must satisfy the condition
R W ≅
(2) where R W thermal resistance of the shunt CT, K / W;
T and the temperature of the wall of the evaporator, degrees;
T REG the lower limit of regulation, deg;
Q th heat dissipated by the heat exchanger-cooler, W;
Q transmitted CTT load, W;
T con operating temperature of the capacitor, deg at load Q;
C p is the heat capacity of the liquid phase of the coolant, J / (kg ˙ deg);
r phase transition heat, J / kg.
Тем самым решается задача использования КТТ в качестве средства термостабилизации тепловыделяющих объектов. This solves the problem of using CTT as a means of thermal stabilization of fuel objects.
Использование изобретения существенно расширит возможности применения КТТ в качестве регулируемого энергетически независимого теплопередающего устройства для космической и других отраслей промышленности. The use of the invention will significantly expand the possibility of using CTT as a regulated energy-independent heat transfer device for the space and other industries.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93025891/06A RU2044983C1 (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Contour heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93025891/06A RU2044983C1 (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Contour heat pipe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2044983C1 true RU2044983C1 (en) | 1995-09-27 |
| RU93025891A RU93025891A (en) | 1996-10-27 |
Family
ID=20141311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93025891/06A RU2044983C1 (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Contour heat pipe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2044983C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008001004A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Astrium Sas | Capillary pumped diphasic fluid loop passive thermal control device with heat capacity |
| US9102004B2 (en) | 2006-10-26 | 2015-08-11 | Aro Welding Technologies | Family of pliers for clamping plates having similar and preferably identical frames, and pliers from such family |
-
1993
- 1993-04-30 RU RU93025891/06A patent/RU2044983C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. М.: Энергия. 1979, с.172-173. * |
| 2. Чи С. Тепловые трубы. Теория и практика. М.: Машиностроение, 1981. * |
| 3. Авторское свидетельство СССР N 449213, кл. F 28D 15/02, опубл. 1974. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008001004A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Astrium Sas | Capillary pumped diphasic fluid loop passive thermal control device with heat capacity |
| FR2903222A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-04 | Eads Astrium Sas Soc Par Actio | PASSIVE THERMAL CONTROL ARRANGEMENT BASED ON DIPHASIC FLUID LOOP WITH CAPILLARY PUMPING WITH THERMAL CAPACITY. |
| US9102004B2 (en) | 2006-10-26 | 2015-08-11 | Aro Welding Technologies | Family of pliers for clamping plates having similar and preferably identical frames, and pliers from such family |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5771967A (en) | Wick-interrupt temperature controlling heat pipe | |
| US6810946B2 (en) | Loop heat pipe method and apparatus | |
| US5025634A (en) | Heating and cooling apparatus | |
| US6550530B1 (en) | Two phase vacuum pumped loop | |
| US4341202A (en) | Phase-change heat transfer system | |
| JP2019522170A (en) | Thermosyphon for use with temperature controlled storage device | |
| Butler et al. | Loop heat pipes and capillary pumped loops-an applications perspective | |
| US8342742B2 (en) | Thermal calibrating system | |
| RU2044983C1 (en) | Contour heat pipe | |
| US4299664A (en) | Vapor degreaser | |
| EP3904811B1 (en) | Heat conveyance system and conveyance machinery | |
| Gerasimov et al. | Low-temperature heat pipes with separate channels for vapor and liquid | |
| US2901894A (en) | Refrigerant control means | |
| US3881323A (en) | Viscosity regulated cooling system | |
| Yun et al. | Design and test results of multi-evaporator loop heat pipes | |
| US20050262861A1 (en) | Method and apparatus for controlling cooling with coolant at a subambient pressure | |
| US2214236A (en) | Dual pressure control for refrigeration systems | |
| KU et al. | Functional and performance tests of two capillary pumped loop engineering models | |
| US5355846A (en) | Cooling device for use in engine | |
| EP1264150A1 (en) | Regulator with receiver for refrigerators and heatpumps | |
| Wirsch et al. | Performance characteristics of a stainless steel/ammonia loop heat pipe | |
| EP0042434B1 (en) | Method of amplifying heat | |
| GB2076140A (en) | Water-heating apparatus employing a heat pump | |
| RU2015483C1 (en) | Method for controlling heat pipe thermal resistance | |
| RU2117893C1 (en) | Heat-transfer two-phase loop (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040501 |