Basic principles of designing heat exchangers with heat pipes for air conditioning systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on the results of literature analysis, the basic principles of designing a heat exchanger with heat pipes for use in air conditioning systems have been determined. The principle of operation and design of a heat pipe are described. A sequence of necessary steps for selecting the configuration of a heat exchanger with heat pipes is given, and a diagram for its step-by-step design is proposed. Recommendations are also given for selecting the working fluid, shell material, and wick design, and the differences between homogeneous and composite wicks are indicated. The limitations on heat transfer of heat pipes, the description, the reasons for these limitations, and formulas for calculation are given. An example of an installation using heat pipes as an exhaust air heat exchanger in a central air conditioner is given. A conclusion is made about the advantages of using heat pipes in air conditioning systems for heat recovery, indicating the reasons for the rare aplication of this type of heat exchanger. The result of the analysis of various methods for creating a heat exchanger with heat pipes are presented, taking into account the prospects for using heat pipes in air conditioning systems. It is noted that the rarely used design of heat recovery units in the form of heat pipes is interesting and very promising, although it has manufacturing complexities and requires qualified maintenance.

About the authors

Anton A. Zharov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: zharov_a@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9945-0850
SPIN-code: 8581-1809

Cand. Sci. (Engineering)

Russian Federation, Moscow

Artem V. Borisenko

Bauman Moscow State Technical University

Email: borart@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4818-3702
SPIN-code: 2859-5006

Cand. Sci. (Engineering)

Russian Federation, Moscow

Anna V. Valiakina

Bauman Moscow State Technical University

Email: kholodtech@eco-vector.com
ORCID iD: 0000-0002-7709-1209
SPIN-code: 7679-2022

Cand. Sci. (Engineering), Assistant Professor

Russian Federation, Moscow

Sevastian M. Timashpolskiy

Hydrogen Technologies Center

Email: timsevmih@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5908-8105
Russian Federation, Moscow

Ian M. Timashpolskiy

Bauman Moscow State Technical University

Email: ian.timash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3774-1825
Russian Federation, Moscow

References

  1. Chi S. Heat Pipes: Theory and Practice. Moscow: Mashinostroenie; 1981. (In Russ.)
  2. Dunn PD, Reay DA. Heat Pipes. Moscow: Energiia; 1979. (In Russ.)
  3. Abd El-Baky MA, Mohamed MM. Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning. Appl Therm Eng. 2007;27:795–801. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2006.10.020 EDN: MTMRTZ
  4. Mahajan G, Cho H, Smith A, Thompson SM. Experimental analysis of atypically long finned oscillating heat pipe for ventilation waste heat recovery application. J Therm Sci. 2020;29:667–675. doi: 10.1007/s11630-019-1178-5 EDN: UGLULV
  5. Shah RK, Giovannelli AD. Heat pipe heat exchanger design theory. In: Shah RK, Mashelkar RA, Subbarao EC, eds. Heat Transfer Equipment Design. Washington: Hemisphere Publishing; 1988.
  6. Faghri A. Heat pipes: review, opportunities and challenges. Front Heat Pipes. 2014;5(1). doi: 10.5098/fhp.5.1
  7. Zohuri B. Heat Pipe Design and Technology. New York: CRC Press Taylor & Francis Group; 2011.
  8. Sukarno R, Nandy P, Hakim II, et al. Utilizing heat pipe heat exchanger to reduce the energy consumption of airborne infection isolation hospital room HVAC system. J Build Eng. 2021;35:102116. (In Russ.) doi: 10.1016/j.jobe.2020.102116 EDN: AGEDZE
  9. Abdelaziz GB, Abdelbaky MA, Halim MA, et al. Energy saving via Heat Pipe Heat Exchanger in air conditioning applications “experimental study and economic analysis”. J Build Eng. 2021;35:102053. (In Russ.) doi: 10.1016/j.jobe.2020.102053 EDN: IZEVPR

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Diagram of the operating principle and circulation of the working fluid in a thermosiphon.

Download (108KB)
3. Fig. 2. Thermodynamic cycle of a heat pipe.

Download (58KB)
4. Fig. 3. Block diagram of the general methodology for thermal and hydraulic design of a heat pipe.

Download (106KB)
5. Fig. 4. Diagram of the operating limits of a heat pipe: 1–2 — viscosity limit; 2–3 — sound speed limit; 3–4 — working fluid carryover limit; 4–5 — capillary limit; 5–6 — working fluid boiling limit.

Download (48KB)
6. Fig. 5. Example of an air conditioning system using a heat pipe.

Download (237KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».