КОНДЕНСАТОР КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

Полезная модель предназначена для применения в теплотехнике и может быть использована в миниатюрных контурных тепловых трубах (КТТ), размещенных в ограниченном пространстве, например в системах охлаждения мобильных компьютеров.
Известна контурная тепловая труба [Патент США №3394756], конденсатор которой способен работать независимо от его положения в окружающей среде. Конденсатор состоит из корпуса, имеющего входное и выходное отверстие, пористого плоского элемента в виде пластины, обладающего достаточно маленьким размером пор для создания капиллярного напора. Вышеуказанный пористый плоский элемент вытянут поперек корпуса и упирается в середины боковых стенок корпуса, определяя при этом границы двух полостей. Одна полость сообщается со входом в конденсатор, другая - с выходом из конденсатора. Нижняя поверхность пористого плоского элемента в полости, смежной с выходом из конденсатора, полностью погружена в конденсат. Для охлаждения конденсатора используются трубки встроенные в тело плоского пористого элемента, по которым течет охлаждающая жидкость.
Наличие пористой вставки в конденсаторе приводит к появлению в канале местных сопротивлений. Падение давления в местном сопротивлении определяется по формуле:
где, ς - коэффициент местного сопротивления; ω - скорость в расчетном сечении участка, создающего местное сопротивление (С.С.Кутателадзе, В.М.Боришанский, Справочник по теплопередаче, 1959 г., с.292). Кроме того, конденсатор может охлаждаться только проточной жидкостью, что заметно сужает область применения, так как исключается возможность охлаждения его с помощью воздушной конвекции.
Наиболее близким к заявляемому является конденсатор контурной тепловой трубы [Патент РФ №2290585]. Указанный конденсатор включает в себя цилиндрический корпус с торцевыми стенками с отверстиями для подключения конденсатопровода и паропровода, с внутренним пространством в форме кольцевой щели и дистанционирующими элементами представляющими собой направляющие вставки, выполненные в форме спирали из проволоки диаметром равным толщине зазора. Кольцевую щель в конденсаторе формирует корпус и коаксиальная вставка, заглушенная торцевым коническим обтекателем со стороны паропровода.
Недостатком такого конденсатора является цилиндрическая форма, которая плохо сопрягается с существующими радиаторами, имеющими, в основном, плоскую контактную поверхность. Недостатком является также относительно небольшая поверхность теплообмена, увеличение которой при ограниченной длине влечет за собой значительное увеличение диаметра конденсатора, что, в свою очередь, затрудняет размещение конденсатора в стесненных условиях, в которых используются миниатюрные КТТ.
В основу полезной модели положена задача повышения интенсивности теплообменных процессов в конденсаторе контурной тепловой трубы и снижение его термического сопротивления при ограниченных габаритных размерах.
Поставленная задача решается тем, что в конденсаторе контурной тепловой трубы, включающем корпус с торцевыми стенками и отверстиями для подключения конденсатопровода и паропровода, с внутренним пространством в форме щели, в которой размещены дистанцирующие элементы, представляющие собой направляющие вставки, образующие щелевидный канал для конденсации пара согласно полезной модели корпус конденсатора имеет форму параллелепипеда, а направляющие вставки расположены параллельно боковым стенкам корпуса конденсатора и закреплены поочередно на противоположных торцевых стенках корпуса конденсатора, образуя щелевой канал серпантинообразной формы.
При этом:
- отверстия для подключения паропровода и конденсатопровода расположены в углах корпуса конденсатора, симметрично его продольной оси или в противоположных углах корпуса конденсатора, относительно его диагонали;
- стержни могут быть выполнены с круглым или прямоугольным сечением длиной меньшей, чем длина конденсатора.
Основная роль стержней состоит в интенсификации теплообмена путем турбулизации потока пара, при изменении направления его движения и отсоса пленки жидкости с поверхности конденсации. Пленка жидкости подтягивается к стержням за счет капиллярных сил, создаваемых менисками жидкости, образующимися на границе контакта стержней с плоской поверхностью конденсатора, и движется в сторону выхода из конденсатора вдоль вставок под действием градиента давления. Сплошность потока жидкости в конденсаторе при этом не нарушается. Интенсифицировать процесс конденсации удается также за счет увеличения длины пробега пара вдоль конденсирующей поверхности конденсатора, которая выражается формулой:
где n - число стержней, l - длина конденсатора, δ - длина пробега пара.
За счет этого можно достичь более полной конденсации пара и значительного переохлаждения конденсата, поступающего в конденсатопровод. Увеличение расстояния движения пара в конденсаторе не приводит к существенному росту суммарных потерь давления в контурной тепловой трубе, поскольку вклад гидравлического сопротивления конденсатора в полное гидравлическое сопротивление устройства относительно мал.
На фиг.1 представлен общий вид конденсатора;
на фиг.2 представлено верхнее сечение конденсатора, с различным расположением отверстий для подключения конденсатопровода и паропровода;
на фиг.3 приведено поперечное сечение конденсатора с направляющими вставками, имеющими прямоугольное сечение;
на фиг.4 показано поперечное сечение конденсатора с направляющими вставками, имеющими круглое сечение.
Конденсатор КТТ (фиг.1), включающий корпус 1 конденсатора с отверстиями 2 и 3 для подключения соответственно конденсатопровода и паропровода, с внутренним пространством в форме щели 4 (фиг.3, 4). Дистанцирующие элементы, представляют собой направляющие вставки 5, образующие щелевой канал 6 для конденсации пара. Корпус 1 конденсатора имеет форму параллелепипеда. Направляющие вставки 5 расположены параллельно боковым стенкам корпуса 1 конденсатора. Они закреплены поочередно на противоположных торцевых стенках 7, придавая щелевому каналу 6 серпантинообразную форму. Отверстия 2 и 3 для подключения паропровода и конденсатопровода расположены в углах корпуса 1 конденсатора, симметрично его продольной оси или в противоположных углах корпуса 1 конденсатора, его относительно диагонали (фиг.2). Направляющие вставки 5 могут иметь как круглое, так и прямоугольное сечение (фиг.3, 4).
Конденсатор контурной тепловой трубы работает следующим образом. При поступлении пара в конденсатор из отверстия 2, пар начинает конденсироваться в щели 4. Образовавшаяся пленка конденсата подтягивается к направляющим вставкам 5 за счет капиллярных сил и из-за перепада давления движется вдоль них в сторону отверстия 3. Постепенно толщина пленки увеличивается, конденсат перекрывает весь щелевой канал 6 и непрерывным потоком поступает в отверстие 3. Чем больше направляющих вставок 5 установлено в корпусе 1 конденсатора, тем более длинным становится расстояние движения пара в нем и тем лучше осуществляется отсос пленки из зоны конденсации. Однако, чрезмерное увеличение количества направляющих вставок 5 нежелательно, поскольку это может привести к заметному увеличению гидравлического сопротивления конденсатора и снижению мощности, передаваемой контурной тепловой трубой.
2
2
Был испытан конденсатор с толщиной щели 1 мм, длинной активной поверхности конденсации 80 мм и шириной 40 мм. Нижняя сторона конденсатора контактировала с холодной плитой, охлаждаемой проточной термостатируемой водой. Температура охлаждения конденсатора в экспериментах менялась от 60 до 95°С. Коэффициенты теплоотдачи для конденсатора без вставок находятся в диапазоне примерно от 21 до 46 кВт/(м·К), а со вставками - от 42 до 88 кВт/(м·К). Данный факт говорит о том, что использование направляющих вставок позволяет увеличить интенсивность теплообменных процессов в конденсаторе примерно в 2 раза.