Кольцевой регулируемый термосифон



Кольцевой регулируемый термосифон
Кольцевой регулируемый термосифон

 


Владельцы патента RU 2608794:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным протяженным каналам в системах теплоэнергетики. Изобретение заключается в том, что в кольцевом регулируемом термосифоне, содержащем испаритель, конденсатор, трубу для транспорта пара, трубу для сконденсированной жидкости, кольцевую камеру с кольцевым соплом в испарителе, подключенную к трубе с конденсатом, причем в испаритель ниже кольцевого сопла введен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла, а конденсатор соединен с трубой для жидкости через управляемые вентили, между трубой для пара и конденсатором включен сифон, а выход сифона присоединен к донной поверхности конденсатора, содержащего сконденсированную жидкость. В крышке конденсатора установлен клапан для некондексирующихся газов по типу игольчатого крана Маевского. Для препровождения паров из испарителя в транспортную зону трубы для пара, в испаритель на уровне кольцевой камеры введена соосная вставка с открытыми торцами. Технический результат – повышение термодинамической эффективности термосифона. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для передачи тепловой энергии.

Известны устройства аналогичного назначения, например «Регулируемый термосифон» авторов Шекриладзе И.Г. и др. по авторскому свидетельству СССР №667791, МПК F28D 15/00 [1].

Регулируемый термосифон содержит герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, кольцевой сборник жидкой фазы, внешний привод возвратно-поступательного движения, содержащий сильфон, соединенный со штоком, на конце которого размещен специальный фитиль П-образной формы, причем одна из частей фитиля размещена в кольцевом сборнике.

Недостатками данного устройства являются его низкая надежность, обусловленная наличием механических перемещений, и низкая термодинамическая эффективность из-за малой пропускной способности фитиля.

Известен также «Термосифон» авторов Дормана Е.И. и др. по авторскому свидетельству ССССР №731261, МПК F28D 15/00 [2].

Данный термосифон содержит корпус с зонами испарения, конденсации и транспорта, а также - установленную внутри него соосную вставку с открытыми торцами, причем термосифон дополнительно содержит резервную емкость для теплоносителя, подсоединенную в зоне транспорта к внутренней полости вставки посредством двух каналов, размещенных один над другим.

В этом термосифоне повышена незначительно теплопередающая способность за счет наличия соосной вставки. Однако, поскольку потоки и пара и жидкости объединены в одной трубе, данному устройству присущи все недостатки подобных термосифонов: ограниченная термодинамическая эффективность, эффект «кризиса кипения», наличие несконденсированных газов и т.д.

Известна также «Тепловая труба» авторов Кухаренко М.П. и Ильюшина К.А. по авторскому свидетельству СССР №624102, МПК F28D 15/00 [3].

Устройство содержит корпус с зонами испарения конденсации и транспортирования. По оси корпуса установлен стакан с отверстиями на боковой поверхности, прикрепленный торцом к торцу зоны конденсации, причем днище стакана выполнено глухим и с диаметром, большим диаметра стакана, имеет на периферии бортик, обращенный в сторону зоны конденсации, а отверстия расположены на участках, примыкающих к торцу зоны конденсации и днищу, что позволяет через образовавшийся гидравлический замок-сифон вытекать конденсату и скапливаться в стакане неконденсирующимся газам.

Недостатками данного устройства является ограниченная термодинамическая эффективность из-за неконтролируемого отбора несконденсированных газов и отсутствие возможности удаления газов за пределы тепловой трубы. Кроме того, как указывалось выше, термосифоны с общей трубой для потока пара и возврата конденсата имеют ограниченную термодинамическую эффективность.

Ближайшим аналогом (прототипом) является «Термосифон» авторов Васильева Л.Л. и др. по изобретению к авторскому свидетельству СССР №676848, МПК F28D 15/00, имеющий раздельные каналы для пара и жидкости [4], образующие кольцевую схему.

Термосифон содержит частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения, конденсации и транспорта, а также размещенную в нижней части зоны транспорта кольцевую камеру для жидкой фазы теплоносителя с кольцевым соплом, примыкающим к стенке корпуса в зоне испарения, причем зоны транспорта паровой и жидкой фазы разделены.

Пар через трубу большего диаметра поступает в зону конденсации, а жидкость через трубу меньшего диаметра (патрубок) возвращается обратно в зону испарения.

На внутренней поверхности зоны испарения по винтовой линии размещен элемент из круглого прутка или узкой пластины, позволяющий стекать жидкости в виде пленки.

Недостатками данного устройства являются недостаточно высокая термодинамическая эффективность из-за невозможности удаления несконденсированных газов, которые за счет вихревого движения газов в зоне конденсации только частично оттесняются к стенке, но остаются внутри герметичного корпуса и, кроме того, как недостаток, - низкая испарительная способность внутренней стенки корпуса с винтовым элементом на ее поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание кольцевого (с раздельными для пара и жидкости трубками) регулируемого термосифона с высокой термодинамической эффективностью (КПД).

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:

- увеличена термодинамическая эффективность (КПД) за счет полной конденсации паров рабочей жидкости, которые пропускаются посредством сифона в донную часть конденсатора, содержащую уже сконденсированную ранее жидкость;

- увеличена термодинамическая эффективность (КПД) за счет введения в испаритель кольцевого мелкоячеистого наполнителя из металла, усиливающего эффект пленочного испарения жидкости;

- увеличена термодинамическая эффективность (КПД) за счет удаления несконденсировавшихся газов, причем эту операцию просто производить в процессе эксплуатации с помощью игольчатого клапана по варианту крана Маевского, исключая при этом утечку газов по резьбе крана;

- увеличена термодинамическая эффективность за счет использования в испарителе на уровне кольцевой камеры соосной вставки с открытыми торцами для препровождения пара в транспортную зону. Таким образом, совокупность данных технических решений предполагает получение устройства с максимальной термодинамической эффективностью.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующих описываемый «Кольцевой регулируемый термосифон», нами не обнаружена. Таким образом, по нашем мнению, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новое».

На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи, предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение может найти применение в качестве универсального термосифона в устройствах для передачи тепловой энергии в системах теплотехники.

«Кольцевой регулируемый термосифон» изображен на чертеже.

Термосифон содержит испаритель 1 в зоне испарения жидкости, конденсатор 2 в зоне ее конденсации, трубу 3 для транспорта пара, трубу 4 для стока сконденсированной жидкости, кольцевую камеру 5 для конденсата с кольцевым соплом 6, имеющим зазор с внутренней стенкой корпуса испарителя, кольцевой мелкоячеистый наполнитель 7 с высокой теплопроводностью, плотно прилегающий к внутренней стенке испарителя и расположенный ниже кольцевого сопла, сифон 8, включенный между трубой для транспорта пара и конденсатором, причем выход 9 сифона расположен в донной поверхности конденсатора, уже содержащего часть сконденсированной жидкости. Выходы конденсатора соединены с трубой для сконденсированной жидкости через два или более управляемых вентиля 10 и 11, а выход неконденсирующихся газов производится через вентиль Маевского 12, установленный в крышке конденсатора и имеющий поперечное оси отверстие 13 и отверстие 14 вдоль оси крана, причем последнее расположено под ограничительной скобой 15 и при вертикальном перемещении крана упирается в скобу. В испаритель на уровне кольцевой камеры с кольцевым соплом введена соосная вставка 16, направляющая пар в трубу транспорта пара.

«Кольцевой регулируемый термосифон» работает следующим образом.

В зависимости от количества внешней тепловой энергии «+Q», подводимой к испарителю 1 и отводимой «-Q» от конденсатора 2, с помощью вентилей 10 или 11, установленных на разных уровнях, регулируется количество жидкости, поступающей от конденсатора 2 по трубе 4 в кольцевую камеру 5. Кольцевая камера по окружности имеет малый зазор с внутренней стенкой испарителя, стекая по которому через кольцевое сопло 6 жидкость попадает на мелкоячеистый наполнитель 7, выполненный, например, из нескольких витков металлической сетки, плотно поджатой к внутренней стенке для увеличения теплопередачи жидкости от внешней тепловой энергии «+Q».

Пары испарившейся жидкости через соосную вставку 16 передаются в трубу 3 для транспорта пара. Вставка 16 предназначена для исключения возможной частичной конденсации сформировавшихся паров в зоне кольцевой камеры 5.

Пары по трубе 3 через выход 9 сифона 8 поступают в ранее сконденсированную жидкость в придонной части конденсатора 2, где активно конденсируются, «пробулькивая» через жидкость, причем неконденсирующиеся газы скапливаются в верхней части конденсатора над жидкостью.

В рабочем состоянии клапан 12 закрыт, так как его отверстие 13 находится внутри крышки корпуса конденсатора 2, а осевое отверстие 14 плотно поджато к скобе 15, причем за счет этого создается определенный натяг в резьбе клапана, не позволяющий проникать газам по резьбовой линии.

При выкручивании клапана 12 до уровня, когда отверстие 13 выйдет за пределы крышки корпуса конденсатора, а отверстие 14 сместится от скобы 15 вверх, неконденсирующиеся газы из верхней части конденсатора через осевое отверстие 14 и поперечное отверстие 13 будут выходить наружу.

Удаление неконденсирующихся газов способствует повышению термодинамической эффективности термосифона.

Сифон 8 предназначен для исключения попадания жидкости из конденсатора 2 в испаритель 1 по паровой трубе 3.

Кольцевой мелкоячеистый наполнитель 7 из металла усиливает пленочное испарение за счет большой испарительной поверхности, плотного контакта с внутренней стенкой испарителя и высокой теплопроводностью металла. Пленочное распределение жидкости в теплообменных поверхностях получило широкое распространение в технике [5].

При попадании пленки жидкости на мелкоячеистый наполнитель 7 происходит ее перемешивание за счет сетчатой структуры наполнителя и создается волновой режим течения пленки. В работе [6] указывается, что при волновом режиме течения теплопередача на 20% больше, чем при гладком ламинарном течении. Таким образом, наличие мелкоячеистого наполнителя 7 в испарителе 1 приводит к возникновению дополнительного теплового потока, обусловленного поперечным течением жидкости.

Предлагаемый «Кольцевой регулируемый термосифон» может найти широкое применение в технике, в том числе, для передачи тепловой энергии по вертикальным разделенным для пара и жидкости каналам на несколько десятков метров с высокой термодинамической эффективностью.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Шекриладзе И.Г., Кудзиев А.Г., Русишвили Д.Г. Регулируемый термосифон. Авторское свидетельство СССР №667791, МПК F28D 15/00 (аналог).

2. Дорман Е.М., Алешина Е.Л., Соолятте О.П., Саксонов Г.М. Термосифон. Авторское свидетельство СССР №731261, МПК F28D 15/00 (аналог).

3. Кухарский М.П., Илюшин К.А. Тепловая труба. Авторское свидетельство СССР №624102, МПК F28D 15/00 (аналог).

4. Васильев Л.Л., Богданов В.М., Иванцов О.М. и др. Термосифон. Авторское свидетельство СССР №676848, МПК F28D 15/00 (прототип).

5. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов. Киев, 1975.

6. Капица П.Л., Капица С.П. ЖЭТФ. Т19, 1949, №2, с. 105…120.

7. Патент США №3598178, Кл. 165-105, опубл. 1971 (аналог).

8. Чинков Е.А., Кабов О.А. Термосифон. Патент РФ №2373473, МПК F28D 15/02 (аналог).

9. Патент Великобритании №1488662 A, 12.10.1971 (аналог).

10. Горелов В.Л. Термосифон с клапаном. Патент на полезную модель РФ №123508, МПК F28D 13/00 (аналог). П. Мауль В.К. Термосифон. Патент РФ №2036271, МПК E02D 3/15 (аналог).

12. Лобанов А.Д., Баясан P.M. и др. Составной термосифон. Патент на полезную модель РФ №96939, МПК F28D 15/00 (аналог).

13. Патент США №3965970, Кл. 165-105, 1976 (аналог).

14. Патент США №3633665, Кл. 165-105, 1972 (аналог).

15. Принцип работы крана Маевского [Электронный ресурс]. www.septik.guru/fruby.ru.

1. Кольцевой регулируемый термосифон, содержащий испаритель в зоне испарения, конденсатор в зоне конденсации, трубу для транспорта пара, трубу для сконденсированной жидкости, кольцевую камеру с кольцевым соплом в испарителе, подключенную к трубе сконденсированной жидкости, отличающийся тем, что в испаритель ниже кольцевого сопла введен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла, конденсатор соединен с трубой для жидкости через управляемые вентили, между трубой для пара и конденсатором включен сифон, причем его выход присоединен к донной поверхности конденсатора, а в его крышке установлен клапан для несконденсированных газов.

2. Кольцевой регулируемый термосифон по п. 1, отличающийся тем, что в конденсатор введена скоба, ограничивающая перемещения клапана, в качестве которого применен игольчатый воздушный кран Маевского, причем его осевое отверстие расположено под ограничительной скобой.

3. Кольцевой регулируемый термосифон по п. 1, отличающийся тем, что в испаритель на уровне кольцевой камеры с кольцевым соплом введена соосная вставка с открытыми торцами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола (PX). Способ включает подачу потока поступающего материала и потока маточного раствора в РХ кристаллизационную установку, содержащую первый теплообменник для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала и кристаллизатор для кристаллизации РХ из потока поступающего материла, при этом поток маточного раствора охлаждается до температуры -50°С, предоставление второго теплообменника для охлаждения потока поступающего материала до его поступления в РХ кристаллизационную установку для охлаждения потока поступающего материала вторым низкотемпературным источником энергии от охлаждающего агента и предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала до того, как поток поступающего материала входит во второй теплообменник.

Изобретение относится к теплотехнике. Радиатор тепловой трубы состоит из набора горизонтальных колец 2, закрепленных на вертикально расположенном цилиндрическом корпусе 1.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу кондиционирования при помощи активных охлаждающих балок. Система охлаждающих балок для кондиционируемого помещения содержит: блоки охлаждающих балок, каждый из которых имеет первый теплообменник и сконфигурирован для приема первичного воздуха и эжектирования первичного воздуха для создания потока вторичного воздуха через теплообменник; блок подготовки, сконфигурированный для передачи первичного воздуха из центрального блока подготовки воздуха на вход охлаждающей балки; и терминальные блоки, сконфигурированные для кондиционирования, с помощью второго теплообменника, потока рециркуляционного воздуха, извлекаемого из помещения, и смешивания кондиционированного воздуха с первичным воздухом из центрального блока подготовки воздуха для формирования объединенного потока первичного воздуха и передачи кондиционированного рециркуляционного воздуха на вход воздуха охлаждающей балки.

Изобретение относится к энергетике. Теплообменная система, содержащая единое устройство, имеющее область, погруженную в ванну с текучей средой, и свободное пространство вверху, в котором накапливается паровая фаза, одну внутреннюю область, открытую с обоих концов, расположенную внутри упомянутого устройства и полностью погруженную в ванну с текучей средой, теплообменные поверхности, причём, по меньшей мере, одна из теплообменных поверхностей находится внутри данной внутренней области и, по меньшей мере, одна другая поверхность находится в пространстве между упомянутой внутренней областью и стенками данного устройства.

Изобретение относится к теплопередающим устройствам, а именно к гравитационным тепловым трубам, предназначенным преимущественно для использования при охлаждении грунта.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в газоразделительных теплообменных установках, предназначенных для разделения газовых сред путем их охлаждения и дальнейшей конденсации или десублимации.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках для микроприборов. Представлены материалы, компоненты и способы, направленные на изготовление и использование микромасштабных каналов с текучей средой для системы теплообмена, причем температура и поток текучей среды регулируется, частично, за счет макроскопической геометрии микромасштабного канала и подбора по меньшей мере части стенки микромасштабного канала и составляющих частиц, образующих текучую среду.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способу подогрева бражки теплом барды. Способ включает подачу бражки в трубное пространство одного кожухотрубного теплообменника, при этом барда направляется в трубные пучки другого теплообменника, а межтрубное пространство заполняется жидким теплоносителем (лютером, технологической водой, ректификованным спиртом), который постоянно перекачивается насосом из межтрубного пространства одного теплообменника в межтрубное пространство другого, обеспечивая непрерывную циркуляцию теплоносителя между двумя теплообменниками и теплообмен в системе барда-теплоноситель-бражка.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре. Магнитожидкостная тепловая труба, содержащая частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы из немагнитного материала, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами электромагнитных катушек индуктивности, создающих внутри артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы, размещенного в корпусе-основе, бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле, направленное вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах аккумулирования теплоты и холода, например в антигравитационных бесфитильных тепловых трубах.
Наверх