Испаритель

 

Использование: в теплотехнике, например, при разработке тепловых труб для охлаждения и термостатирования элементов электроники. Сущность изобретения: улучшение работоспособности испарителя за счет создания возможности регулирования температуры в зоне полости питания обеспечивается это тем, что испаритель содержит корпус 1 испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру 2, которые образуют зону испарения 3 и зону полости питания 4, а также термоэлектрическую батарею 7, при этом поверхность спаев 8 последней соединена тепловым контактом 10 с зоной испарения 3, а поверхность спаев 9 - тепловым контактом 11 с зоной полости питания 4. Тепловой контакт 11 с зоной полости питания 4 может быть выполнен по наружной поверхности корпуса 1, а капиллярная структура 2 может быть выполнена соединенной в области этого контакта в внутренней поверхностью корпуса 1. Для теплового контакта может использоваться тепловая труба. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к конструкции испарителей, являющихся одним из основных элементов теплопередающих устройств, может быть использовано при разработке тепловых труб для охлаждения и термостатирования элементов электроники.

Известна конструкция испарителя, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания. Недостатком конструкции является зависимость работоспособности испарителя от температуры в зоне полости питания.

Целью изобретения является улучшение работоспособности испарителя за счет создания возможности регулирования температуры в зоне полости питания.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции испарителя, содержащей корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания, установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, которые в зависимости от направления тока становятся либо поверхностями горячих и холодных спаев, либо наоборот. Причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения испарительной камеры, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания.

Тепловой контакт с полостью питания может быть выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания.

Капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта.

Для теплового контакта может быть использована тепловая труба. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый испаритель отличается тем, что установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания. Тепловой контакт одной из поверхностей спаев с зоной полости питания может быть выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания; при этом капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта. Для теплового контакта может быть использована тепловая труба.

На фиг. 1 изображена конструкция испарителя; на фиг. 2-6 частные конструкции испарителя: выполнение теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с полостью питания по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6); выполнение капиллярной структуры, соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области теплового контакта (фиг.4-6); использование тепловой трубы в качестве теплового контакта (фиг. 2 и 6).

Испаритель содержит корпус 1 испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру 2, которые образуют зону испарения 3 и зону полости питания 4. В зоне испарения осуществляется парообразование и отвод пара к паропроводу 5, который гидравлически соединен с зоной испарения. Зона полости питания служит для обеспечения поступления жидкого теплоносителя в зону испарения. Показан также жидкостный трубопровод 6, гидравлически соединенный с зоной полости питания (фиг. 1-6). Установлена термоэлектрическая батарея 7, имеющая как минимум две поверхности спаев 8 и 9, которые в зависимости от направления тока в батарее становятся либо поверхностными горячих и холодных спаев соответственно, либо наоборот. Причем поверхность спаев 8 соединена тепловым контактом 10 с зоной испарения 3, а поверхность спаев 9 соединена тепловым контактом 11 с зоной полости питания 4. Тепловой контакт 11 может быть выполнен по внешней поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6), а капиллярная структура может быть выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта (фиг. 4,5 и 6). В качестве теплового контакта может быть использована тепловая труба 12 (фиг. 2 и 6). На внешней поверхности корпуса в зоне испарения устанавливаются термостатируемые элементы 13, которые могут выделять или поглощать тепло.

Испаритель работает следующим образом.

При пропускании электрического тока термоэлектрическую батарею таким образом, что поверхность спаев 8 и 9 становятся соответственно поверхностями горячих и холодных спаев, за счет тепловых контактов 10 и 11 в зоне испарения имеет место тепловыделение, а в зоне полости питания охлаждение (1-ый режим работы). Вследствие охлаждения жидкости в зоне полости питания упругость ее паров уменьшается, и это приводит к увеличению количества жидкости, поступающей в единицу времени в зону полости питания по жидкостному трубопроводу 6. Таким образом, увеличивается питание капиллярной структуры и как следствие, происходит улучшение питания жидкостью зоны испарения. Поэтому увеличивается теплоотдача при испарении, что приводит к возрастанию теплоотвода от элемента 13. Поскольку холодопроизводительность термоэлектрической батареи зависит от силы тока, то и интенсивность процессов теплоотдачи в зоне испарения зависит от силы тока.

При пропускании электрического тока через термоэлектрическую батарею в обратном направлении поверхности спаев 8 и 9 становятся соответственно поверхностями холодных и горячих спаев (2-ой режим работы). Это приводит к нагреву зоны полости питания и к увеличению в ней упругости паров. В результате ухудшается питание капиллярной структуры и уменьшается поступление жидкости в зону испарения, что приводит к снижению интенсивности теплоотвода от элемента 13 и к увеличению его температуры.

Причем интенсивность теплоотвода также будет зависеть от силы тока.

Таким образом, интенсивность теплоотвода в зоне испарения зависит от направления электрического тока в термоэлектрической батарее и от значения силы тока.

При выполнении теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания (фиг. 2-6) внутренняя поверхность в области выполнения этого теплового контакта становится областью стока тепла при 1-ом режиме работы. Тепло может передаваться посредством переноса пара с последующей его конденсацией (фиг. 2, 4 6) и дополнительно теплопроводностью по капиллярной структуре (фиг. 6). При этом возврат конденсата осуществляется либо его стеканием в поле массовых сил (фиг. 2), либо капиллярными силами, что осуществляется при выполнении капиллярной структуры соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта (фиг. 4, - 6). Зона полости питания может охлаждаться и путем непосредственного охлаждения жидкости, транспортируемой в зону испарения (фиг. 3). Для обеспечения теплового контакта используется тепловая труба (фиг. 2 и 6).

Во 2-ом режиме работы нагрев зоны полости питания осуществляется либо путем непосредственного нагрева паровой области (фиг. 2), либо посредством парообразования и переноса пара с последующей его конденсацией (фиг. 4-6) совместно с теплопроводностью по капиллярной структуре (фиг. 6), либо путем непосредственного нагрева жидкости с последующей ее транспортировкой в зону испарения (фиг. 3).

Использование термоэлектрической батареи, имеющей две поверхности спаев таким образом, что одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая с зоной полости питания, улучшает работоспособность устройства, поскольку создается возможность регулирования температуры в зоне полости питания, а следовательно, и интенсивности теплоотвода в зоне испарения путем управления электрическим током в термоэлектрической батарее по величине и направлению. Выполнение теплового контакта одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с зоной полости питания по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания упрощает технологию изготовления испарителя. При этом выполнение капиллярной структуры соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта обеспечивает работоспособность испарителя при любых ориентациях.

Использование тепловой трубы 12 для обеспечения теплового контакта существенно повышает эффективность устройства и делает возможным его изготовление более технологичным (фиг. 2 и 6).

Формула изобретения

1. Испаритель, содержащий корпус испарительной камеры и размещенную внутри него капиллярную структуру, которые образуют зону испарения и зону полости питания, отличающийся тем, что установлена термоэлектрическая батарея, имеющая две поверхности спаев, причем одна поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной испарения, а другая поверхность спаев соединена тепловым контактом с зоной полости питания.

2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что тепловой контакт одной из поверхностей спаев термоэлектрической батареи с зоной полости питания выполнен по наружной поверхности корпуса в зоне полости питания.

3. Испаритель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что капиллярная структура выполнена соединенной с внутренней поверхностью корпуса в зоне полости питания на участках области выполнения теплового контакта.

4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что для теплового контакта используется тепловая труба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6