RU2629805C2 - Heat transfer bay - Google Patents

Heat transfer bay Download PDF

Info

Publication number
RU2629805C2
RU2629805C2 RU2014133102A RU2014133102A RU2629805C2 RU 2629805 C2 RU2629805 C2 RU 2629805C2 RU 2014133102 A RU2014133102 A RU 2014133102A RU 2014133102 A RU2014133102 A RU 2014133102A RU 2629805 C2 RU2629805 C2 RU 2629805C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heat exchange
exchange section
zone
plates
Prior art date
Application number
RU2014133102A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014133102A (en
Inventor
Юэ ЧЖАН
Original Assignee
Юэ ЧЖАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юэ ЧЖАН filed Critical Юэ ЧЖАН
Publication of RU2014133102A publication Critical patent/RU2014133102A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629805C2 publication Critical patent/RU2629805C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/06—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being attachable to the element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/06—Hollow fins; fins with internal circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating system.
SUBSTANCE: heat transfer bay comprises: two wafers and a frame that links two wafers. Two wafers and a frame form a platelike hollow bord; a capillary structure coating that is attached close to the chamber liner; and a chambered processing medium with the phase transfer. A frontier area part of one of the two wafers or a frame part work as a heat transfer bay evaporation zone and the other part of the bord work as a heat transfer bay condensation zone. The heat transfer bay has a greaten steam passage area, walkway clearance for the fluide medium reverse flow and heat passage area of the condensation zone and a decreased center-to- evaporation-zone-edge distance.
EFFECT: heat transfer ability and heat flow rate increase.
5 cl, 11 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится, в общем, к теплообменникам с фазовым переходом и, в частности, к теплообменной секции.The present invention relates, in General, to phase transition heat exchangers and, in particular, to a heat exchange section.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

По сравнению с цельнометаллическими заготовками с высокой удельной теплопроводностью теплообменники с фазовым переходом имеют более высокую удельную эквивалентную теплопроводность и у них лучше эффективность отвода тепла. Их широкое использование обусловлено целым рядом преимуществ, как, например, высокой удельной теплопроводностью и хорошей равномерностью распределения температуры. Эти преимущества реализуются с помощью жидких рабочих сред, заключенных в теплообменниках, при фазовом переходе которых теплообменники обеспечивают отвод тепла. В настоящее время распространение получили два типа теплообменников с фазовым переходом – тепловые трубы и паровые камеры.Compared to all-metal billets with high specific thermal conductivity, phase transition heat exchangers have a higher specific equivalent thermal conductivity and they have better heat dissipation efficiency. Their widespread use is due to a number of advantages, such as, for example, high specific thermal conductivity and good uniformity of temperature distribution. These advantages are realized with the help of liquid working media enclosed in heat exchangers, during the phase transition of which the heat exchangers provide heat removal. Currently, there are two types of phase transition heat exchangers - heat pipes and steam chambers.

Как видно из фиг. 1, типичная тепловая труба состоит из камеры 11, капиллярной структуры 12 и рабочей среды 13 с фазовым переходом, герметически закупоренной в камере. Изготовление тепловой трубы обычно включает: создание разрежения в камере и частичное заполнение камеры рабочей средой 13; пропитывание рабочей средой 13 капиллярной структуры 12, которая прикреплена вплотную непосредственно к внутренней поверхности камеры 11; и герметизацию камеры. Один конец тепловой трубы служит зоной 14 испарения, а другой конец действует как зона 15 конденсации. Когда зона 14 испарения нагревается, жидкая рабочая среда 13 в капиллярной структуре 12 превращается в паровую рабочую среду 16. Паровая рабочая среда затем под действием перепада давления проходит потоком через каналы 17 и поступает в зону 15 конденсации, где она конденсируется и снова становится жидкой рабочей средой 13, выделяя тепло. После этого поток восстановленной жидкой рабочей среды 13 проходит вдоль капиллярной структуры 12 под действием капиллярного давления и возвращается в зону 14 испарения. При повторении этого цикла теплота 18 непрерывно передается из зоны 14 испарения в зону 15 конденсации и в результате этого происходит отвод тепла. Однако ввиду того, что тепловая труба имеет сравнительно малый диаметр, перенос пара в ней происходит почти одномерным, линейным образом. Кроме того, из-за ограничений, состоящих в узких каналах для переноса пара и минимальной ширине прохода для обратного потока жидкой рабочей среды, тепловая труба стремится достичь своего предела теплопередачи до работы при оптимальной величине эффективности. Паровая камера, являющаяся усовершенствованием тепловой трубы, обычно содержит плиту основания, крышку, капиллярную структуру и рабочую среду. Центральная область плиты основания служит в качестве зоны испарения, и крышка служит зоной конденсации. В паровой камере пар переносится почти двумерным, планарным образом. В паровой камере, по сравнению с тепловой трубой, больше площадь проходного сечения для пара и больше средняя ширина прохода для обратного потока жидкой рабочей среды, что обеспечивает более равномерное распределение температуры, чем тепловая труба. Однако ввиду того, что сравнительно большое расстояние между центром и краем в испарителе ведет к преждевременному высыханию зоны испарения, для паровой камеры также существует проблема низкого предела теплопередающей способности. Поэтому существует потребность в новом теплообменнике с фазовым переходом с большой площадью проходного сечения для пара, большой шириной прохода для обратного потока рабочей среды и малым расстоянием между центром и краем зоны испарения.As can be seen from FIG. 1, a typical heat pipe consists of a chamber 11, a capillary structure 12, and a phase transition fluid 13 sealed in the chamber. The manufacture of a heat pipe usually includes: creating a vacuum in the chamber and partially filling the chamber with a working medium 13; impregnation of the working medium 13 of the capillary structure 12, which is attached directly adjacent to the inner surface of the chamber 11; and sealing the chamber. One end of the heat pipe serves as an evaporation zone 14, and the other end acts as a condensation zone 15. When the evaporation zone 14 is heated, the liquid working medium 13 in the capillary structure 12 turns into a steam working medium 16. The steam working medium then under the influence of a differential pressure flows through the channels 17 and enters the condensation zone 15, where it condenses and again becomes a liquid working medium 13, generating heat. After that, the flow of the recovered liquid working medium 13 passes along the capillary structure 12 under the action of capillary pressure and returns to the evaporation zone 14. Upon repeating this cycle, heat 18 is continuously transferred from the evaporation zone 14 to the condensation zone 15, and as a result, heat is removed. However, due to the fact that the heat pipe has a relatively small diameter, the vapor transfer in it takes place in an almost one-dimensional, linear way. In addition, due to the limitations of the narrow channels for vapor transfer and the minimum passage width for the reverse flow of the liquid working medium, the heat pipe seeks to reach its limit of heat transfer to work at the optimum value of efficiency. The steam chamber, which is an improvement of the heat pipe, usually contains a base plate, a lid, a capillary structure and a working medium. The central region of the base plate serves as an evaporation zone, and the lid serves as a condensation zone. In the steam chamber, steam is carried in an almost two-dimensional, planar manner. In comparison with a heat pipe, the steam chamber has a larger passage area for steam and a larger average passage width for the return flow of the liquid working medium, which provides a more uniform temperature distribution than the heat pipe. However, due to the fact that the relatively large distance between the center and the edge in the evaporator leads to premature drying of the evaporation zone, there is also the problem of a low heat transfer limit for the steam chamber. Therefore, there is a need for a new heat exchanger with a phase transition with a large passage area for steam, a large passage width for the return flow of the working medium and a small distance between the center and the edge of the evaporation zone.

Для того чтобы лучше понять высокую эффективность отвода тепла, обеспечиваемую теплообменной секцией, предлагаемой согласно настоящему изобретению, и перспективы ее применения в области теплопередачи, проведено сопоставление известной тепловой трубы и известной паровой камеры с теплообменной секцией, предлагаемой согласно настоящему изобретению.In order to better understand the high heat removal efficiency provided by the heat exchange section of the present invention and the prospects for its use in the field of heat transfer, a comparison is made between a known heat pipe and a known steam chamber with a heat exchange section according to the present invention.

Сопоставление теплообменной секции с известной тепловой трубойComparison of a heat exchange section with a known heat pipe

Взятая в качестве примера известная тепловая труба представляет собой широко используемую тепловую трубу ø6 мм × 200 мм с зоной испарения, имеющей ширину около 4 мм и находящейся в контакте с источником тепла. Теплообменная секция имеет толщину 6 мм, ширину 100 мм и высоту 100 мм, а также имеет ширину зоны испарения, равную 4 мм. В качестве примера источника тепла взят центральный процессор (ЦП) с типичными габаритными размерами 35 мм × 35 мм, наиболее распространенный вид устройства, нуждающегося в отводе тепла. Поэтому и тепловая труба, и теплообменная секция имеют зону испарения величиной 4 мм × 35 мм.Taken as an example, the known heat pipe is a widely used heat pipe ø6 mm × 200 mm with an evaporation zone having a width of about 4 mm and in contact with the heat source. The heat exchange section has a thickness of 6 mm, a width of 100 mm and a height of 100 mm, and also has an evaporation zone width of 4 mm. As an example of a heat source, a central processor (CPU) with typical overall dimensions of 35 mm × 35 mm is taken, the most common type of device that needs heat removal. Therefore, both the heat pipe and the heat exchange section have an evaporation zone of 4 mm × 35 mm.

Эффективность двух устройств отвода тепла была оценена по следующим пяти показателям:The effectiveness of the two heat removal devices was evaluated by the following five indicators:

1. Предел кипения: Если плотность радиального теплового потока в зоне испарения тепловой трубы становится слишком высокой, жидкость в фитиле зоны испарения закипает. И, когда плотность радиального теплового потока достигает пороговой величины на большом протяжении от адиабатической зоны до конца зоны испарения, жидкость в фитиле зоны испарения находится в критическом состоянии кипения и вырабатывает в большом количестве пузырьки, которые закупоривают поры фитиля, что вызывает уменьшение или аннулирование капиллярного сцепления фитиля. Это приводит к тому, что количество жидкости, текущей в обратном направлении к зоне испарения, меньше, чем ее количество, испаряющейся в ней в единицу времени. Вследствие этого конец зоны испарения высыхает, что вызывает частичную потерю работоспособности зоны испарения.1. Boiling limit: If the density of the radial heat flux in the evaporation zone of the heat pipe becomes too high, the liquid in the wick of the evaporation zone begins to boil. And, when the density of the radial heat flux reaches a threshold value over a large distance from the adiabatic zone to the end of the evaporation zone, the liquid in the wick of the evaporation zone is in a critical boiling state and produces a large number of bubbles that clog the wick pores, which causes a decrease or cancellation of capillary adhesion wick. This leads to the fact that the amount of liquid flowing in the opposite direction to the evaporation zone is less than its amount evaporating in it per unit time. As a result, the end of the evaporation zone dries, which causes a partial loss of operability of the evaporation zone.

По сравнению с тепловой трубой, имеющей протяженность от адиабатической зоны до конца зоны испарения, то есть равную расстоянию, на которое транспортируется рабочая текучая среда, величиной 35 мм, благодаря двум пластинам, которые не только выполняют функцию зоны конденсации, но также действуют как средство для транспортировки жидкости, длина теплообменной секции от адиабатической зоны до центра зоны испарения равна 2 мм. То есть максимальное расстояние транспортировки жидкости теплообменной секции равно 2 мм, что составляет менее 6% длины тепловой трубы. Поэтому в теплообменной секции проблема предела кипения почти не проявляется.Compared to a heat pipe extending from the adiabatic zone to the end of the evaporation zone, i.e. equal to the distance to which the working fluid is transported, of 35 mm, thanks to two plates that not only serve as a condensation zone, but also act as a means for liquid transport, the length of the heat exchange section from the adiabatic zone to the center of the evaporation zone is 2 mm That is, the maximum liquid transport distance of the heat exchange section is 2 mm, which is less than 6% of the length of the heat pipe. Therefore, in the heat exchange section, the problem of the boiling limit is hardly manifested.

2. Звуковой предел: Характер прохождения пара в тепловой трубе аналогичен характеру прохождения газа в сопле Лаваля. Когда в зоне испарения тепловой трубы поддерживается определенная температура, понижение температуры зоны конденсации может приводить к повышению скорости пара и, следовательно, повышению интенсивности теплопередачи. Однако, когда скорость пара, выходящего из зоны испарения, увеличивается вплоть до локальной скорости звука, она более не будет увеличиваться, что ведет к дальнейшему повышению интенсивности теплопередачи, даже после понижения далее температуры зоны конденсации. Это состояние запертого потока называется звуковым пределом.2. Sound limit: The nature of the passage of steam in a heat pipe is similar to the nature of the passage of gas in a Laval nozzle. When a certain temperature is maintained in the evaporation zone of the heat pipe, lowering the temperature of the condensation zone can lead to an increase in the steam velocity and, consequently, an increase in the intensity of heat transfer. However, when the speed of the steam leaving the evaporation zone increases up to the local speed of sound, it will no longer increase, which leads to a further increase in the intensity of heat transfer, even after a further decrease in the temperature of the condensation zone. This state of the blocked flow is called the sound limit.

По сравнению с тепловой трубой, которая имеет площадь выхода пара зоны испарения (то есть внутреннее поперечное сечение тепловой трубы), равную 12 мм2, выход пара зоны испарения теплообменной секции представляет собой пустотелый раструб из полуокружности с площадью приблизительно 210 мм2 (35 мм × 3,14/2×4), что составляет свыше 1750% по сравнению с 12 мм2 у тепловой трубы, не учитывая даже, что площадь поперечного сечения пространства увеличивается в пропорциональной зависимости от степени удаленности в направлении наружу от полуокружности. Поэтому теплообменная секция не имеет ограничения для потока пара и, следовательно, в ней не возникает проблема звукового предела.Compared to a heat pipe that has an evaporation area vapor exit area (i.e., an internal cross section of the heat pipe) of 12 mm 2 , the vapor exit of the evaporation zone of the heat exchange section is a hollow bell from a semicircle with an area of approximately 210 mm 2 (35 mm × 3.14 / 2 × 4), which is more than 1750% compared to 12 mm 2 for a heat pipe, not even considering that the cross-sectional area of the space increases in proportion to the degree of remoteness outward from the semicircle. Therefore, the heat exchange section has no restrictions on the steam flow and, therefore, there is no problem of sound limit.

3. Предел уноса: В тепловой трубе пар и жидкость перемещаются в противоположных направлениях и, следовательно, сталкиваются на границе раздела жидкость – пар. Под действием проходящего в противоположном направлении пара поверхность жидкости совершает волнообразное движение, и при высокой скорости пара поверхностная жидкость будет расщепляться на мелкие капли и уноситься в пар, проходящий по направлению к зоне конденсации. Если этот унос становится слишком большим, количества жидкости, идущей в обратном направлении к зоне испарения, будет недостаточно, или ее поток даже будет прерываться на полпути в фитиле, что ведет к высыханию зоны испарения и прекращению работы тепловой трубы. Интенсивность теплопередачи, при которой это происходит, называется пределом уноса.3. Ablation limit: In a heat pipe, steam and liquid move in opposite directions and, therefore, collide at the liquid-vapor interface. Under the influence of the steam passing in the opposite direction, the surface of the liquid makes a wave-like motion, and at a high speed of the steam, the surface liquid will split into small droplets and be carried away into the steam passing towards the condensation zone. If this entrainment becomes too large, the amount of liquid flowing in the opposite direction to the evaporation zone will not be enough, or its flow will even be interrupted halfway in the wick, which will lead to the drying of the evaporation zone and the termination of the heat pipe. The heat transfer rate at which this occurs is called the ablation limit.

Как описано выше, по сравнению с проходным сечением для пара тепловой трубы, площадь которого равна 12 мм2, проходное сечение теплообменной секции представляет собой полое пространство, полукольцевая площадь поперечного сечения которого увеличивается в пропорциональной зависимости по мере удаления в направлении наружу от площади величиной 210 мм2, что составляет более 1750% соответствующей площади тепловой трубы. Поэтому, для одного и того же состояния, плотность потока пара и плотность теплового потока в адиабатической зоне и зоне конденсации теплообменной секции составляют значительно меньше 6% соответствующих плотностей для тепловой трубы, и вследствие этого в теплообменной секции не возникает проблема предела уноса.As described above, in comparison with the passage section for steam of a heat pipe, the area of which is 12 mm 2 , the passage section of the heat exchange section is a hollow space, the semicircular cross-sectional area of which increases in proportion to the distance away from the area of 210 mm 2 , which is more than 1750% of the corresponding area of the heat pipe. Therefore, for the same state, the vapor flux density and the heat flux density in the adiabatic zone and the condensation zone of the heat exchange section are significantly less than 6% of the corresponding densities for the heat pipe, and as a result, the ablation limit problem does not arise in the heat exchange section.

4. Капиллярный предел: когда во время функционирования тепловой трубы сумма падений давлений жидкости и пара становится равной максимальному капиллярному давлению, которое может выдержать фитиль, тепловая труба достигает своей максимальной теплопроводности. В этой ситуации любая попытка увеличить испарение или конденсацию будет приводить к недостаточному подводу жидкости к зоне испарения вследствие недостаточного капиллярного давления. Вследствие этого количество жидкости, подводимой к зоне испарения испарительной секции, меньше, чем количество жидкости, испаряющейся в ней в единицу времени, что ведет к высыханию и перегреву зоны испарения. В тяжелом случае, в течение короткого промежутка времени, стенка тепловой трубы нагреется до столь высокой температуры, что произойдет выгорание.4. Capillary limit: when during the operation of the heat pipe the sum of the pressure drops of the liquid and steam becomes equal to the maximum capillary pressure that the wick can withstand, the heat pipe reaches its maximum thermal conductivity. In this situation, any attempt to increase evaporation or condensation will lead to insufficient fluid supply to the evaporation zone due to insufficient capillary pressure. As a result, the amount of liquid supplied to the evaporation zone of the evaporation section is less than the amount of liquid evaporated in it per unit time, which leads to drying and overheating of the evaporation zone. In a severe case, within a short period of time, the wall of the heat pipe will heat up to such a high temperature that burnout will occur.

При таком же самом капиллярном давлении ширина фитиля (эквивалентна диаметру подвода жидкости) тепловой трубы для транспортировки жидкости по направлению к зоне испарения равна внутреннему периметру ее поперечного сечения, который составляет 12 мм (не с толщиной стенки), а минимальная ширина фитиля теплообменной секции составляет 110 мм (35 мм × 3,14), что составляет свыше 900% ширины фитиля тепловой трубы. К тому же транспортировка жидкости в теплообменной секции происходит с сужением потока через кольцевое пространство по направлению к центральной зоне испарения. Поэтому достичь капиллярного предела для теплообменной секции едва ли возможно.At the same capillary pressure, the width of the wick (equivalent to the diameter of the fluid supply) of the heat pipe for transporting the liquid towards the evaporation zone is equal to the inner perimeter of its cross section, which is 12 mm (not with wall thickness), and the minimum width of the wick of the heat exchange section is 110 mm (35 mm × 3.14), which is over 900% of the width of the heat pipe wick. In addition, the liquid is transported in the heat exchange section with a narrowing of the flow through the annular space towards the central evaporation zone. Therefore, it is hardly possible to reach the capillary limit for the heat exchange section.

5. Предел конденсации: Предел конденсации относится к максимальной интенсивности теплопередачи, достигаемой на границе раздела пар – жидкость в зоне конденсации тепловой трубы. Максимальная теплопередающая способность тепловой трубы может быть ограничена производительностью по конденсации зоны конденсации, которая пропорциональна площади ее поверхности.5. Condensation limit: The condensation limit refers to the maximum heat transfer intensity achieved at the vapor-liquid interface in the condensation zone of the heat pipe. The maximum heat transfer capacity of the heat pipe can be limited by the condensation capacity of the condensation zone, which is proportional to its surface area.

По сравнению с площадью поверхности зоны конденсации тепловой трубы, которая составляет 3100 мм2 (6 мм × 3,14×165 мм), соответствующая площадь теплообменной секции составляет 20000 мм2 (100 мм × 100 мм × 2), что составляет 700% площади поверхности зоны конденсации тепловой трубы.Compared to the surface area of the condensation zone of the heat pipe, which is 3100 mm 2 (6 mm × 3.14 × 165 mm), the corresponding area of the heat exchange section is 20,000 mm 2 (100 mm × 100 mm × 2), which is 700% of the area the surface of the condensation zone of the heat pipe.

Из приведенного выше описания понятно, что конкретными существенными особенностями теплообменной секции, предлагаемой согласно настоящему изобретению, являются более равномерное распределение температуры в зонах испарения и конденсации, низкая температура поверхности источника тепла и на два порядка более высокая допустимая плотность теплового потока, которые реализуются при таком же рабочем состоянии, как и для тепловой трубы. В области теплопередачи это большое достижение по сравнению с изобретением первой тепловой трубы. С момента появления теории теплопередачи с фазовым переходом ее применение на момент создания настоящего изобретения все еще ограничивается ее прототипом – тепловыми трубами. Теплообменная секция, особенности которой раскрыты в описании настоящего изобретения, является новым изделием, согласующимся с упомянутой теорией, которое имеет беспрецедентный механизм работы. Это будет в значительной степени способствовать применению теории теплопередачи с фазовым переходом.From the above description it is clear that the specific essential features of the heat exchange section proposed according to the present invention are a more uniform temperature distribution in the evaporation and condensation zones, a low temperature of the surface of the heat source and two orders of magnitude higher allowable heat flux density, which are realized at the same working condition, as for a heat pipe. In the field of heat transfer, this is a great achievement compared to the invention of the first heat pipe. Since the advent of the theory of heat transfer with a phase transition, its application at the time of the creation of the present invention is still limited to its prototype - heat pipes. The heat exchange section, the features of which are disclosed in the description of the present invention, is a new product consistent with the above theory, which has an unprecedented mechanism of operation. This will greatly contribute to the application of phase transfer theory of heat transfer.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблемаTechnical problem

Ввиду того, что тепловая труба имеет сравнительно малый диаметр, перенос пара в ней происходит почти одномерным, линейным образом. Кроме того, ввиду существующих ограничений, состоящих в узких каналах для переноса пара и минимальной ширине прохода для обратного потока жидкой рабочей среды, тепловая труба стремится достичь своего предела передачи тепла до достижения оптимальной величины эффективности. Поскольку сравнительно большое расстояние между центром и краем зоны испарения обыкновенно ведет к преждевременному высыханию зоны испарения, использование паровой камеры связано с проблемой низким пределом теплопередающей способности. Поэтому существует потребность в новом теплообменнике с фазовым переходом с большой площадью проходного сечения для пара, большим проходом для обратного потока рабочей среды и малым расстоянием между центром и краем зоны испарения.Due to the fact that the heat pipe has a relatively small diameter, the vapor transfer in it takes place in an almost one-dimensional, linear way. In addition, in view of the existing restrictions consisting in narrow channels for vapor transfer and a minimum passage width for the return flow of a liquid working medium, the heat pipe seeks to reach its limit of heat transfer before reaching the optimum value of efficiency. Since the relatively large distance between the center and the edge of the evaporation zone usually leads to premature drying of the evaporation zone, the use of a steam chamber is associated with the problem of a low limit of heat transfer capacity. Therefore, there is a need for a new heat exchanger with a phase transition with a large passage area for steam, a large passage for the return flow of the working medium and a small distance between the center and the edge of the evaporation zone.

Предлагаемое решение для разрешения проблемыProposed Solution to Solve the Problem

Техническое решениеTechnical solution

В связи с указанным выше задачей настоящего изобретения является создание теплообменника с фазовым переходом с большой площадью проходного сечения для пара, большим проходом для обратного потока рабочей среды, малым расстоянием между центром и краем зоны испарения, большой областью отвода тепла в зоне конденсации и высоким пределом теплопередающей способности.In connection with the above objective of the present invention is the creation of a heat exchanger with a phase transition with a large passage area for steam, a large passage for the reverse flow of the working medium, a small distance between the center and the edge of the evaporation zone, a large area of heat removal in the condensation zone and a high heat transfer limit abilities.

Для решения вышеуказанной задачи в соответствии с настоящим изобретением предлагается теплообменная секция, которая содержит: две пластины и раму, соединяющую две пластины, причем две пластины и рама вместе образуют узкую пластинчатую полую камеру; слой капиллярной структуры, плотно прикрепленный непосредственно к внутренней поверхности камеры; и рабочую среду с фазовым переходом, заключенную в камере.To solve the above problem, in accordance with the present invention, there is provided a heat exchange section, which comprises: two plates and a frame connecting the two plates, the two plates and the frame together forming a narrow plate hollow chamber; a capillary structure layer tightly attached directly to the inner surface of the chamber; and a phase transition working medium enclosed in a chamber.

При этом часть периферии одной из двух пластин или часть рамы служит зоной испарения теплообменной секции, а остальная часть камеры служит зоной конденсации теплообменной секции.In this case, part of the periphery of one of the two plates or part of the frame serves as the evaporation zone of the heat exchange section, and the rest of the chamber serves as the condensation zone of the heat exchange section.

Кроме того, в предлагаемой теплообменной секции две пластины параллельны или по существу параллельны друг другу. Между двумя пластинами теплообменной секции может быть размещена опорная или соединительная конструкция. Теплообменная секция может быть выполнена таким образом, что, когда часть рамы служит зоной испарения, рама находится в контакте с поверхностью источника тепла, при этом остальная часть теплообменной секции проходит наружу, или, когда часть периферии одной или двух пластин служит зоной испарения, указанная часть периферии параллельна поверхности источника тепла и находится в контакте с ней, при этом остальная часть теплообменной секции проходит наружу.In addition, in the proposed heat exchange section, the two plates are parallel or substantially parallel to each other. Between the two plates of the heat exchange section, a support or connecting structure can be placed. The heat exchange section can be designed such that when a part of the frame serves as an evaporation zone, the frame is in contact with the surface of the heat source, while the rest of the heat exchange section extends outward, or when a part of the periphery of one or two plates serves as an evaporation zone, this part the periphery is parallel to the surface of the heat source and is in contact with it, while the rest of the heat exchange section extends outward.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения к числу материалов, из которых может быть изготовлена камера, относятся медь, алюминий, нержавеющая сталь и их сплавы, и другие материалы с высокой теплопроводностью.In one preferred embodiment, the materials from which the chamber can be made include copper, aluminum, stainless steel and alloys thereof, and other materials with high thermal conductivity.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения слой капиллярной структуры может представлять собой одно- или многослойную структуру, изготовленную из спекаемого(ых) порошка(ов), проволочных решеток, пазов, вытравленных в стенках камеры, волокон, выполненных как покрытие или выращенных углеродных наностенок, углеродных нанотрубок или углеродных нанокапсул, других нанесенных в виде покрытия или выращенных одного или более тонких нано- или микроразмерных слоев органического или неорганического материала, или любой комбинации указанного выше, или любой другой подходящей структуры, обеспечивающей капиллярное сцепление.In another preferred embodiment, the capillary structure layer may be a single or multilayer structure made of sintered powder (s), wire gratings, grooves etched in the walls of the chamber, fibers made as a coating or grown carbon nanowalls, carbon nanotubes or carbon nanocapsules, other coated or grown one or more thin nano- or micro-sized layers of organic or inorganic material, or any combination tion of the above, or any other suitable structure that provides capillary adhesion.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения к материалам, которые могут быть использованы в качестве рабочей среды с фазовым переходом, относятся вода и другие жидкости, металлы с низкой температурой плавления, углеродные нанокапсулы, другие наночастицы, смеси вышеуказанных материалов и другие материалы, имеющие фазовый переход газ - жидкость при температуре в пределах рабочего диапазона температур теплообменной секции.In a further preferred embodiment, materials that can be used as a phase transition working medium include water and other liquids, low melting metals, carbon nanocapsules, other nanoparticles, mixtures of the above materials and other materials having a gas phase transition - liquid at a temperature within the operating temperature range of the heat exchange section.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения две пластины параллельны или по существу параллельны друг другу. Каждая из пластин может быть выполнена прямоугольной формы или любой другой формы.In another preferred embodiment, the two plates are parallel or substantially parallel to each other. Each of the plates can be made in a rectangular shape or any other shape.

В еще одном следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения площадь поперечного сечения части теплообменной секции вблизи зоны испарения больше, чем площадь поперечного сечения верхней части теплообменной секции. В соответствии с другим вариантом площадь поперечного сечения указанной части, расположенной вблизи зоны испарения, может также быть меньше или равна площади поперечного сечения указанной верхней части.In yet another preferred embodiment of the invention, the cross-sectional area of a portion of the heat exchange section near the evaporation zone is larger than the cross-sectional area of the upper portion of the heat exchange section. According to another embodiment, the cross-sectional area of said part located near the evaporation zone may also be less than or equal to the cross-sectional area of said upper part.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения теплообменная секция может быть откачана до определенной степени разрежения и, соответственно, может также содержать опорную или соединительную конструкцию, расположенную между двумя пластинами, сообразно механической прочности камеры и прикладываемым к ней положительным и отрицательным давлениям. Опорная или соединительная конструкция может быть выполнена в форме точки, линии или листа.In another preferred embodiment of the invention, the heat exchange section can be evacuated to a certain degree of rarefaction and, accordingly, can also contain a supporting or connecting structure located between the two plates, in accordance with the mechanical strength of the chamber and the positive and negative pressures applied to it. The supporting or connecting structure may be in the form of a point, line or sheet.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения теплообменная секция может также содержать ребро.In a further preferred embodiment, the heat exchange section may also comprise a fin.

В другом следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения теплообменная секция и/или ребро могут быть покрыты материалом, являющимся полным излучателем.In another further preferred embodiment of the invention, the heat exchange section and / or fin may be coated with a full emitter material.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения теплообменная секция может также содержать гибкий трубопровод для создания разрежения и заполнения жидкостью.In yet another preferred embodiment of the invention, the heat exchange section may also include a flexible conduit for creating a vacuum and filling with liquid.

На источнике тепла может быть размещен ряд теплообменных секций.A number of heat-exchange sections may be placed at the heat source.

Технические эффекты изобретенияTechnical effects of the invention

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известными техническими решениями: теплообменная секция, предлагаемая согласно настоящему изобретению, представляет собой герметизированную пластинчатую полую камеру, длина и ширина которой значительно больше, чем ее толщина, за счет введения в контакт с поверхностью источника тепла части периферии одной или двух пластин или части рамы, которая имеет ограниченную площадь по сравнению с общей площадью камеры, с тем, чтобы она служила зоной испарения, пар переносится в секции теплообменника почти двумерным, планарным образом, в результате чего образуется большое проходное сечение для переноса пара, и обеспечивается высокая равномерность распределения температуры;The present invention has the following advantages compared with known technical solutions: the heat exchange section of the present invention is a sealed plate-shaped hollow chamber, the length and width of which is significantly greater than its thickness, by introducing part of the periphery of one or two plates or a part of the frame, which has a limited area compared to the total area of the chamber, so that it serves as an evaporation zone, the vapor is transferred to the heat exchanger’s section in an almost two-dimensional, planar way, as a result of which a large flow area for steam transfer is formed, and a high uniformity of temperature distribution is ensured;

поскольку зазор между двумя пластинами очень мал, может быть получено очень короткое расстояние между центром и краем зоны испарения, что позволяет устранить недостаток, состоящий в преждевременном высыхании центральной области зоны испарения;since the gap between the two plates is very small, a very short distance between the center and the edge of the evaporation zone can be obtained, which eliminates the disadvantage of premature drying of the central region of the evaporation zone;

за счет использования двух сравнительно больших пластин как зоны конденсации теплообменная секция обеспечивает получение чрезвычайно большой зоны конденсации, что облегчает отвод тепла, и предоставляет большую ширину прохода для обратного потока рабочей среды, которая приблизительно в два раза превышает ширину теплообменной секции, и обеспечивает возможность прохождения большого потока рабочей среды.through the use of two relatively large plates as a condensation zone, the heat exchange section provides an extremely large condensation zone, which facilitates heat removal, and provides a large passage width for the reverse flow of the working medium, which is approximately two times the width of the heat exchange section, and allows the passage of a large workflow flow.

Теплообменная секция имеет значительно улучшенную теплопередающую способность и поэтому способна обеспечить более высокую плотность теплового потока, чем известные технические решения.The heat exchange section has a significantly improved heat transfer capacity and is therefore able to provide a higher heat flux density than the known technical solutions.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 – схематический поперечный разрез известной тепловой трубы.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a known heat pipe.

Фиг. 2 – трехмерное изображение теплообменной секции в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 2 is a three-dimensional view of a heat exchange section in accordance with a first embodiment of the present invention.

Фиг. 3 – схематический поперечный разрез по линии A-A на фиг. 2.FIG. 3 is a schematic cross-section along line A-A in FIG. 2.

Фиг. 4 – схематический поперечный разрез теплообменной секции в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a heat exchange section in accordance with a second embodiment of the present invention.

Фиг. 5 - схематический поперечный разрез теплообменной секции в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a heat exchange section in accordance with a third embodiment of the present invention.

Фиг. 6 - схематический поперечный разрез теплообменной секции в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a heat exchange section in accordance with a fourth embodiment of the present invention.

Фиг. 7 - схематический поперечный разрез теплообменной секции в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a heat exchange section in accordance with a fifth embodiment of the present invention.

Фиг. 8 - схематический поперечный разрез теплообменной секции в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a heat exchange section in accordance with a sixth embodiment of the present invention.

Фиг. 9 – трехмерное изображение сборки теплообменных секций в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 9 is a three-dimensional view of an assembly of heat exchange sections in accordance with a seventh embodiment of the present invention.

Фиг. 10 – схематический поперечный разрез сборки теплообменных секций в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an assembly of heat exchange sections in accordance with an eighth embodiment of the present invention.

Фиг. 11 – трехмерное изображение с пространственным разделением деталей устройства по фиг. 10.FIG. 11 is a three-dimensional image with a spatial separation of the parts of the device of FIG. 10.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Наиболее предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретенияMost preferred embodiment of the present invention

На фиг. 10 и 11 проиллюстрирован восьмой вариант осуществления настоящего изобретения, который, к тому же, является наиболее предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на чертежах, ряд J-образных теплообменных секций скомпонован в виде сборки на источнике тепла, при этом верхняя поверхность источника тепла закрыта полностью. Каждая теплообменная секция сборки в этом варианте осуществления изобретения изогнута так, что выступает вбок от источника тепла и, таким образом, особенно подходит для тех областей применения, где существует ограничение по высоте.In FIG. 10 and 11 illustrate an eighth embodiment of the present invention, which, moreover, is the most preferred embodiment of the present invention. As shown in the drawings, a number of J-shaped heat exchange sections are arranged as an assembly on a heat source, with the upper surface of the heat source being completely closed. Each heat exchange section of the assembly in this embodiment of the invention is bent so that it protrudes to the side from the heat source and is thus particularly suitable for applications where there is a height restriction.

Другие варианты осуществления настоящего изобретенияOther embodiments of the present invention

Вышеуказанные задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из следующего ниже подробного описания иллюстративных вариантов его осуществления, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами. Понятно, что изобретение не ограничивается описываемыми здесь вариантами его осуществления и что варианты осуществления изобретения приведены для того, чтобы специалистам в данной области техники была понятна сущность изобретения. Следует отметить, что используемые здесь технические термины можно толковать в самом широком смысле в пределах идеи и характера изобретения. На чертежах одинаковыми числовыми позициями обозначены схожие или идентичные элементы.The above objectives, features and advantages of the present invention are apparent from the following detailed description of illustrative embodiments thereof, which should be read in conjunction with the accompanying drawings. It is understood that the invention is not limited to the embodiments described herein, and that embodiments of the invention are provided so that those skilled in the art will understand the spirit of the invention. It should be noted that the technical terms used here can be interpreted in the broadest sense within the framework of the idea and nature of the invention. In the drawings, similar or identical elements are denoted by the same numerical positions.

Первый вариант осуществления настоящего изобретения проиллюстрирован на фиг. 2 и 3. Как видно из этих чертежей, теплообменная секция, предлагаемая в соответствии с настоящим изобретением, содержит две пластины 21 и раму 22 и 23, соединяющую две пластины 21, которые вместе образуют пластинчатую полую камеру 2; слой 12 капиллярной структуры, который плотно прикреплен к внутренней поверхности камеры 2; и рабочую среду 13 с фазовым переходом, герметически закупоренную в камере 2. Участок рамы 22 и 23, а именно участок нижней части 23 рамы, контактирует с источником 3 тепла и, таким образом, действует как зона испарения, а остальная часть камеры 2 действует как зона конденсации. В соответствии с другим вариантом, возможно также использование только двух пластин 21, чтобы они служили зоной конденсации.A first embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 2 and 3. As can be seen from these drawings, the heat exchange section proposed in accordance with the present invention contains two plates 21 and a frame 22 and 23 connecting two plates 21, which together form a plate hollow chamber 2; a layer 12 of a capillary structure that is tightly attached to the inner surface of the chamber 2; and a phase transition working medium 13 hermetically sealed in the chamber 2. The portion of the frame 22 and 23, namely the portion of the lower portion of the frame 23, is in contact with the heat source 3 and thus acts as an evaporation zone, and the rest of the chamber 2 acts as condensation zone. According to another embodiment, it is also possible to use only two plates 21, so that they serve as a condensation zone.

Как длина теплообменной секции, так и ее ширина намного больше, чем толщина теплообменной секции. Вследствие этого теплообменная секция имеет большую площадь проходного сечения для переноса пара, обеспечивая тем самым высокую равномерность распределения температуры. Кроме того, поскольку зазор между двумя пластинами 21 очень мал, введение части периферии или части рамы 23, которая имеет ограниченную площадь по сравнению с общей площадью узкой пластинчатой камеры 2, в контакт с источником 3 тепла, чтобы она стала служить зоной испарения, позволяет получить очень короткое расстояние между центром и краем зоны испарения, что обеспечивает разрешение проблемы преждевременного высыхания зоны испарения. Вместе с тем, за счет использования двух сравнительно больших пластин камеры для выполнения функции зоны конденсации, теплообменная секция обеспечивает наличие большой зоны конденсации, что способствует отводу тепла и конденсации пара. К тому же эта особенность обеспечивает более широкое проходное сечение для обратного потока рабочей среды 13 и, следовательно, увеличение потока указанной среды. По этим причинам теплообменная секция имеет значительно увеличенный предел теплопередающей способности и, следовательно, способна обеспечить более высокую плотность теплового потока.Both the length of the heat exchange section and its width are much larger than the thickness of the heat exchange section. As a result, the heat exchange section has a large flow area for steam transfer, thereby ensuring a high uniformity in temperature distribution. In addition, since the gap between the two plates 21 is very small, the introduction of part of the periphery or part of the frame 23, which has a limited area compared to the total area of the narrow plate chamber 2, in contact with the heat source 3, so that it becomes an evaporation zone, allows you to get a very short distance between the center and the edge of the evaporation zone, which provides a solution to the problem of premature drying of the evaporation zone. At the same time, due to the use of two relatively large plates of the chamber to perform the function of the condensation zone, the heat exchange section provides a large condensation zone, which contributes to heat removal and steam condensation. In addition, this feature provides a wider flow area for the reverse flow of the working medium 13 and, therefore, an increase in the flow of the specified medium. For these reasons, the heat exchange section has a significantly increased limit of heat transfer ability and, therefore, is able to provide a higher heat flux density.

К числу материалов, из которых может быть изготовлена камера 2, относятся медь, алюминий, нержавеющая сталь и их сплавы, и другие материалы с высокой теплопроводностью, каждый из которых может обеспечить хороший коэффициент теплопередачи теплообменной секции.The materials from which chamber 2 can be made include copper, aluminum, stainless steel and their alloys, and other materials with high thermal conductivity, each of which can provide a good heat transfer coefficient of the heat exchange section.

Слой 12 капиллярной структуры может представлять собой одно- или многослойную структуру, изготовленную из спеченного(ых) порошка(ов), проволочных решеток, пазов, вытравленных в стенках камеры, волокон, выполненных в виде покрытий или выращенных наностенок, углеродных нанотрубок или углеродных нанокапсул, других выполненных в виде покрытий или выращенных нано- или микроразмерных одного или более тонких слоев из органического или неорганического материалов, или из любой комбинации указанного выше, или любой другой подходящей структуры, обеспечивающей капиллярное сцепление.The layer 12 of the capillary structure may be a single or multilayer structure made of sintered powder (s), wire gratings, grooves etched in the walls of the chamber, fibers made in the form of coatings or grown nanowalls, carbon nanotubes or carbon nanocapsules, other made in the form of coatings or grown nano- or micro-sized one or more thin layers of organic or inorganic materials, or from any combination of the above, or any other suitable structure, about effectiveness to capillary traction.

К материалам, которые могут быть использованы в качестве рабочей среды 13, заключенной в теплообменной секции, относятся вода и другие жидкости, металлы с низкой температурой плавления, углеродные нанокапсулы, другие наночастицы, смеси вышеуказанных материалов и другие материалы, имеющие фазовый переход газ - жидкость при температуре в пределах рабочего диапазона температур теплообменной секции.Materials that can be used as a working medium 13 enclosed in a heat exchange section include water and other liquids, metals with a low melting point, carbon nanocapsules, other nanoparticles, mixtures of the above materials, and other materials having a gas-liquid phase transition at temperature within the operating temperature range of the heat exchange section.

Теплообменная секция может быть откачана до достижения определенной степени разрежения и, соответственно, может дополнительно содержать опорную или соединительную конструкцию (не показана), расположенную между пластинами 21. Опорная или соединительная конструкция может быть выполнена согласующейся с механической прочностью камеры 2 и прикладываемым к ней положительным и отрицательным давлением. Опорная или соединительная конструкция может быть выполнена в форме точки, линии, листа или любой другой формы. Кроме того, в некоторых других вариантах осуществления изобретения, в которых прочность камеры 2 достаточна для того, чтобы она выдерживала требуемую нагрузку, теплообменная секция может не содержать опорную или соединительную конструкцию.The heat exchange section may be evacuated to achieve a certain degree of vacuum and, accordingly, may further comprise a supporting or connecting structure (not shown) located between the plates 21. The supporting or connecting structure may be made consistent with the mechanical strength of the chamber 2 and the positive and negative pressure. The supporting or connecting structure may be in the form of a point, line, sheet or any other shape. In addition, in some other embodiments of the invention, in which the strength of the chamber 2 is sufficient to withstand the required load, the heat exchange section may not contain a supporting or connecting structure.

В первом варианте осуществления изобретения две пластины 21 параллельны друг другу и ширина поперечного сечения нижней части камеры 2, которая находится в непосредственном плотном контакте с источником 3 тепла, больше, чем ширина поперечного сечения верхней части теплообменной секции. В некоторых других вариантах осуществления изобретения пластины 21 могут быть полностью параллельны друг другу, или ширина нижней части теплообменной секции может отличаться от ширины ее верхней части.In the first embodiment, the two plates 21 are parallel to each other and the width of the cross section of the lower part of the chamber 2, which is in direct tight contact with the heat source 3, is greater than the width of the cross section of the upper part of the heat exchange section. In some other embodiments, the plates 21 may be completely parallel to each other, or the width of the lower part of the heat exchange section may differ from the width of its upper part.

Теплообменная секция может дополнительно содержать вспомогательные конструктивные элементы, расположенные на пластинах, такие как, например, ребро(а) (не показаны), гибкий(ие) трубопровод(ы) для создания разрежения и заполнения жидкостью (не показаны) и т. п. Ребро(а) способствуют отводу тепла от внутренней поверхности теплообменной секции. Кроме того, для улучшения коэффициента теплопередачи, теплообменная секция и/или ребро(а) могут быть покрыты материалом, являющимся полным излучателем, чтобы еще более усилить отвод тепла от внутренней поверхности теплообменной секции и ребра(ребер). Гибкий(ие) трубопровод(ы) может(гут) использоваться при создании требуемого состояния разрежения для рабочей среды в теплообменной секции. Следует отметить, что теплообменная секция может не содержать ребро(а) и гибкий(ие) трубопровод(ы) в некоторых других вариантах осуществления изобретения.The heat exchange section may additionally contain auxiliary structural elements located on the plates, such as, for example, fin (s) (not shown), flexible (s) pipe (s) for creating a vacuum and filling with liquid (not shown), etc. The fin (a) facilitates heat removal from the inner surface of the heat exchange section. In addition, to improve the heat transfer coefficient, the heat exchange section and / or fin (s) can be coated with a material that is a complete radiator in order to further enhance heat removal from the inner surface of the heat exchange section and ribs (ribs). Flexible pipe (s) can be used to create the required vacuum state for the working medium in the heat exchange section. It should be noted that the heat exchange section may not contain fin (s) and flexible (s) pipe (s) in some other embodiments of the invention.

Теплообменные секции, выполненные в соответствии с вариантами осуществления изобретения со второго по шестой, показаны соответственно на фиг. 4-8. Как видно из фиг. 4-6, теплообменная секция, предлагаемая согласно настоящему изобретению, может иметь разную форму поперечного сечения в ее нижней части, такую как выпуклая дугообразная форма нижней части пластины 21 вблизи зоны испарения, показанная на фиг. 4, вогнутая дугообразная форма, показанная на фиг. 5, и по существу прямоугольная форма, показанная на фиг. 6. Кроме того, нижняя часть может быть немного шире, чем верхняя часть теплообменной секции. Следует учитывать, что, в соответствии с другим вариантом, нижняя часть теплообменной секции может иметь такую же ширину, как и верхняя часть теплообменной секции, или же ее ширина может быть меньше ширины верхней части теплообменной секции.Heat exchange sections made in accordance with second through sixth embodiments of the invention are shown respectively in FIG. 4-8. As can be seen from FIG. 4-6, the heat exchange section of the present invention may have a different cross-sectional shape in its lower part, such as a convex arcuate shape of the lower part of the plate 21 near the evaporation zone shown in FIG. 4, the concave arcuate shape shown in FIG. 5, and the substantially rectangular shape shown in FIG. 6. In addition, the lower part may be slightly wider than the upper part of the heat exchange section. It should be noted that, in accordance with another embodiment, the lower part of the heat exchange section may have the same width as the upper part of the heat exchange section, or its width may be less than the width of the upper part of the heat exchange section.

Как видно из фиг. 4-8, верхняя часть 22 рамы может быть закрыта разными способами и, таким образом, может иметь разную форму, такую как, например, форма дуги, показанная на фиг. 4, прямолинейная форма, показанная на фиг. 5, форма с выступом, показанная на фиг.6, и по существу L-образная форма, показанная на фиг. 8.As can be seen from FIG. 4-8, the upper part 22 of the frame can be closed in various ways and, thus, can have a different shape, such as, for example, the shape of the arc shown in FIG. 4, the straight shape shown in FIG. 5, the protrusion shape shown in FIG. 6, and the substantially L-shape shown in FIG. 8.

Как видно из фиг. 4-8 и 10, общая форма теплообменной секции может быть самой разной, такой как, например, форма клина, показанная на фиг. 7, при этом две пластины 21 по существу параллельны друг другу. Теплообменная секция может быть также выполнена криволинейной формы, которая показана на фиг. 5 и 6.As can be seen from FIG. 4-8 and 10, the overall shape of the heat exchange section may be very different, such as, for example, the shape of the wedge shown in FIG. 7, wherein the two plates 21 are substantially parallel to each other. The heat exchange section can also be made in a curved shape, which is shown in FIG. 5 and 6.

Кроме того, как видно из фиг. 8, в теплообменной секции зоной испарения может служить часть периферии одной пластины 21.In addition, as can be seen from FIG. 8, in the heat exchange section, a part of the periphery of one plate 21 may serve as the evaporation zone.

Еще, как видно из фиг. 10, теплообменная секция может быть изогнута так, что, ввиду ограничения по высоте, она выступает в поперечном направлении.Still, as can be seen from FIG. 10, the heat exchange section can be bent so that, due to height restrictions, it protrudes in the transverse direction.

На фиг. 9 проиллюстрирован седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано, в этом варианте осуществления изобретения ряд теплообменных секций по фиг. 2 скомпонован в виде сборки и размещен на источнике тепла, полностью закрывая верхнюю поверхность источника тепла. Такая компоновка в виде сборки разворачивает двумерную теплопередачу с фазовым переходом в трехмерное пространство и, следовательно, позволяет получить более высокую плотность теплового потока.In FIG. 9 illustrates a seventh embodiment of the present invention. As shown, in this embodiment, the series of heat exchange sections of FIG. 2 is arranged as an assembly and placed on a heat source, completely covering the upper surface of the heat source. Such an arrangement in the form of an assembly deploys a two-dimensional heat transfer with a phase transition to three-dimensional space and, therefore, allows to obtain a higher heat flux density.

На фиг. 10 и 11 проиллюстрирован восьмой вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано, в этом варианте осуществления изобретения ряд J-образных теплообменных секций по фиг. 6 скомпонован в виде сборки и расположен на источнике тепла, полностью закрывая верхнюю поверхность источника тепла. В отличие от седьмого варианта осуществления изобретения, каждая теплообменная секция сборки в этом варианте осуществления изобретения изогнута так, что выступает вбок и, таким образом, особенно подходит для тех областей применения, где существует ограничение по высоте.In FIG. 10 and 11, an eighth embodiment of the present invention is illustrated. As shown, in this embodiment, the series of J-shaped heat exchange sections of FIG. 6 is arranged in the form of an assembly and is located on the heat source, completely covering the upper surface of the heat source. Unlike the seventh embodiment of the invention, each heat exchange section of the assembly in this embodiment of the invention is bent so that it protrudes sideways and is thus particularly suitable for applications where there is a height restriction.

Следует понимать, что специалисты в данной области техники после анализа приведенного выше описания могут внести изменения и дополнения. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и дополнения, которые укладываются в пределы объема заявляемого объекта.It should be understood that specialists in the art after analyzing the above description may make changes and additions. Therefore, it is assumed that the appended claims cover all such changes and additions that fall within the scope of the claimed object.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Применение настоящего изобретения в отраслях промышленности может не только обеспечить значительное уменьшение габаритов и высоты теплоотдающих устройств, но и также значительно улучшить плотность теплового потока теплоотводящих устройств.The application of the present invention in industries can not only provide a significant reduction in the size and height of the heat transfer devices, but also significantly improve the heat flux density of the heat transfer devices.

Теплоотводящие устройства, содержащие теплообменную(ые) секцию(ии), могут применяться для рассеяния тепла, выделяемого мощными полупроводниковыми устройствами типа силовых транзисторов, мощных полупроводниковых лазерных устройств, мощных светоизлучающих диодов (СИД), мощных центральных процессоров (ЦП), мощных графических процессоров (ГП) и т. д.Heat-removing devices containing heat-exchanging section (s) can be used to dissipate heat generated by powerful semiconductor devices such as power transistors, powerful semiconductor laser devices, powerful light emitting diodes (LEDs), powerful central processing units (CPUs), and powerful graphic processors ( GP), etc.

В тех случаях, когда используются теплоотводящие устройства, содержащие теплообменную(ые) секцию(и), все способы охлаждения водой можно заменить на способы охлаждения воздухом и способы активного охлаждения можно заменить на способы пассивного охлаждения.In cases where heatsink devices are used containing the heat exchange section (s), all water cooling methods can be replaced with air cooling methods and active cooling methods can be replaced with passive cooling methods.

Теплоотводящие устройства, содержащие теплообменную(ые) секцию(и), могут обеспечить возможность уменьшения высоты башенного корпуса настольного персонального компьютера почти до толщины переносного персонального компьютера.Heat-removing devices containing heat-exchange section (s) can provide the possibility of reducing the height of the tower case of a desktop personal computer to almost the thickness of a portable personal computer.

Claims (9)

1. Теплообменная секция, содержащая:1. A heat exchange section containing: две пластины и раму, соединяющую две пластины, причем две пластины и рама вместе образуют узкую пластинчатую полую камеру;two plates and a frame connecting the two plates, the two plates and the frame together forming a narrow plate hollow chamber; слой капиллярной структуры, прикрепленный к внутренней поверхности камеры; иa capillary structure layer attached to the inner surface of the chamber; and рабочую среду с фазовым переходом, заключенную в камере,a phase transition working medium enclosed in a chamber, при этом часть периферии одной из двух пластин или часть рамы служит зоной испарения теплообменной секции, и остальная часть камеры служит зоной конденсации теплообменной секции.however, part of the periphery of one of the two plates or part of the frame serves as the evaporation zone of the heat exchange section, and the rest of the chamber serves as the condensation zone of the heat exchange section. 2. Теплообменная секция по п. 1, отличающаяся тем, что две пластины параллельны или по существу параллельны друг другу.2. The heat exchange section according to claim 1, characterized in that the two plates are parallel or essentially parallel to each other. 3. Теплообменная секция по п. 1, отличающаяся тем, что между двумя пластинами размещена опорная или соединительная конструкция.3. The heat exchange section according to claim 1, characterized in that a supporting or connecting structure is placed between the two plates. 4. Теплообменная секция по п. 1, отличающаяся тем, что, когда часть рамы служит зоной испарения, рама находится в контакте с поверхностью источника тепла, при этом остальная часть теплообменной секции проходит наружу.4. The heat exchange section according to claim 1, characterized in that when the part of the frame serves as an evaporation zone, the frame is in contact with the surface of the heat source, while the rest of the heat exchange section extends outward. 5. Теплообменная секция по п. 1, отличающаяся тем, что, когда часть периферии одной или двух пластин служит зоной испарения, указанная часть периферии параллельна поверхности источника тепла и находится в контакте с ней, при этом остальная часть теплообменной секции проходит наружу. 5. The heat exchange section according to claim 1, characterized in that when a part of the periphery of one or two plates serves as an evaporation zone, said part of the periphery is parallel to the surface of the heat source and is in contact with it, while the rest of the heat exchange section extends outward.
RU2014133102A 2013-01-16 2013-01-16 Heat transfer bay RU2629805C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2013/070572 WO2014110746A1 (en) 2013-01-16 2013-01-16 Heat fin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014133102A RU2014133102A (en) 2016-04-27
RU2629805C2 true RU2629805C2 (en) 2017-09-04

Family

ID=51208935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014133102A RU2629805C2 (en) 2013-01-16 2013-01-16 Heat transfer bay

Country Status (5)

Country Link
AU (1) AU2013374153A1 (en)
CA (1) CA2898052A1 (en)
DE (1) DE212013000272U1 (en)
RU (1) RU2629805C2 (en)
WO (1) WO2014110746A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106793685A (en) * 2016-12-09 2017-05-31 淳铭散热科技股份有限公司 A kind of composite heat dissipation device
CN113883947A (en) * 2020-07-01 2022-01-04 讯凯国际股份有限公司 Heat exchanger fin and method for manufacturing a heat exchanger fin
DE102022116486A1 (en) * 2022-07-01 2024-01-04 Precitec Gmbh & Co. Kg LASER PROCESSING HEAD WITH A TWO-PHASE CLOSED HEAT EXCHANGER
CN115371121B (en) * 2022-08-29 2024-05-24 珠海格力电器股份有限公司 Radiating fin, radiating fin assembly and electric heating oil heater

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU419695A1 (en) * 1972-02-14 1974-03-15 FLAT HEAT PIPE
SU1377561A1 (en) * 1985-09-18 1988-02-28 Уральский Государственный Университет Им.А.М.Горького Flat heat tube
CN201364059Y (en) * 2009-02-19 2009-12-16 索士亚科技股份有限公司 Tower type heat dissipating structure of solar energy device
CN202452869U (en) * 2012-01-18 2012-09-26 张跃 Heat wing

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020092166A1 (en) * 2001-01-12 2002-07-18 Jacobs Paul F. Heat pipe and method and apparatus for making same
CN2567541Y (en) * 2002-09-11 2003-08-20 徐惠群 Plate heat tube structure capable of bending
CN2665927Y (en) * 2003-11-08 2004-12-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 Phase-change heat radiation device
CN2762507Y (en) * 2004-12-22 2006-03-01 珍通科技股份有限公司 Cooling module on radiating plate
US20100252238A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 Batty J Clair Two-phase-flow, panel-cooled, battery apparatus and method
CN106839845A (en) * 2012-01-18 2017-06-13 张跃 Hot wing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU419695A1 (en) * 1972-02-14 1974-03-15 FLAT HEAT PIPE
SU1377561A1 (en) * 1985-09-18 1988-02-28 Уральский Государственный Университет Им.А.М.Горького Flat heat tube
CN201364059Y (en) * 2009-02-19 2009-12-16 索士亚科技股份有限公司 Tower type heat dissipating structure of solar energy device
CN202452869U (en) * 2012-01-18 2012-09-26 张跃 Heat wing

Also Published As

Publication number Publication date
DE212013000272U1 (en) 2015-08-18
CA2898052A1 (en) 2014-07-24
WO2014110746A1 (en) 2014-07-24
AU2013374153A1 (en) 2014-09-04
RU2014133102A (en) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150219401A1 (en) Heat-wing
Lohrasbi et al. A comprehensive review on the core thermal management improvement concepts in power electronics
US8016024B2 (en) Loop heat pipe with flat evaportor having a wick with an internal chamber
RU2629805C2 (en) Heat transfer bay
US9353996B2 (en) Pressure difference driven heat spreader
US9074823B2 (en) Thermal siphon structure
US10048015B1 (en) Liquid-vapor separating type heat conductive structure
JP2010522996A (en) Thin thermal diffusion liquid chamber using boiling
US8985195B2 (en) Condensing device and thermal module using same
JP6570635B2 (en) Cooling device for hydraulic mechanism and use of cooling device
US11051427B2 (en) High-performance electronics cooling system
US8082978B2 (en) Fluid-to-fluid spot-to-spreader heat management devices and systems and methods of managing heat
JP2010133686A (en) Heat pipe and cooler
JP4953075B2 (en) heatsink
US20170122671A1 (en) Vapor chamber and upper housing thereof
TW202001178A (en) Vapor chamber and manufacturing method for thesame
US11448469B2 (en) Heat-wing
Zhou et al. Enhanced capillary-driven thin film boiling on cost-effective gradient wire meshes for high-heat-flux applications
JP2011099605A (en) Micro channel type heat exchanger
US11300362B2 (en) Hybrid evaporator-feeding wicks for uniform fluid delivery to multiple heat sources in a vapor chamber
JP2010098204A (en) Cooling structure of light source
TW201739339A (en) Heat dissipating module
CN216385225U (en) Loop heat pipe
US20130126131A1 (en) Heat pipe structure
WO2017082127A1 (en) Electronic equipment cooling device