Двухфазный термосифон



Двухфазный термосифон
Двухфазный термосифон
Двухфазный термосифон

 


Владельцы патента RU 2629646:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам и может быть использовано для охлаждения энергонасыщенного авиационного оборудования, системы отопления и других тепловыделяющих устройств. Устройство содержит цельный корпус, состоящий их двух соосно расположенных вертикальных цилиндрических камер, верхней и нижней. Диаметр нижней камеры больше диаметра верхней камеры. В нижней камере, заполненной жидкостью, размещена воронка, узкая часть которой соединена с паропроводом, расположенным в верхней камере и имеющим форму витой трубы, на внутренней поверхности которой по всей ее длине выполнен прямоугольный выступ. На внутренней верхней поверхности корпуса выполнены одинаковые равномерно расположенные прямоугольные выступы, на которых образуются капли конденсата. Над верхней поверхностью корпуса расположены полые иглы, через которые перистальтическим насосом из бака с водой по силиконовым трубкам, пропущенным через сквозные равномерно расположенные отверстия пластины, закрепленной с помощью стержня, приваренного к боковой поверхности корпуса, нагнетаются капли, охлаждающие верхнюю наружную поверхность корпуса термосифона. Бортовая часть воронки соединена с внутренними боковыми поверхностями нижней камеры и выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями для перетока жидкости. Часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне. В нижней камере, выше уровня заполняющей ее жидкости, расположен выпускной клапан, через который часть воздуха удаляется из термосифона. Корпус и прямоугольные выступы на его внутренней верхней поверхности выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Технический результат: повышение эффективности передачи тепла от охлаждаемой части к нагреваемому участку путем интенсификации теплообмена в верхней камере двухфазного термосифона. 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем в закрытых трубах, проходящих внутри стенок или через стенки каналов, в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, и может быть использовано для охлаждения энергонасыщенного авиационного оборудования, систем отопления и других тепловыделяющих устройств.

Известен термосифон [RU 2373473 С1, МПК F28D 15/02 (2006.01), опубл. 20.11.2009], содержащий корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, которой перегорожена нижняя камера с паропроводом для транспортировки пара, парогенератор в нижней камере и конденсатор в верхней камере. Конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры термосифона. Часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне. В нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу.

Недостатком этого устройства является унос капель жидкой фазы с паром в зону конденсации, что приводит к утолщению пленки жидкости на поверхности верхней камеры термосифона.

Известна тепловая труба [SU 1052828 А2, МПК F28D 15/02, опубл. 07.11.1983], которая представляет собой вертикальный корпус, частично заполненный теплоносителем, с зонами испарения и конденсации и коаксиальную вставку, размещенную внутри корпуса, с образованием в зоне испарения кольцевого канала. Верхний торец вставки выполнен с отбортовкой, плотно прилегающей к стенке корпуса и имеющей на закругленной поверхности сквозные отверстия для отвода образовавшихся в кольцевом канале паров теплоносителя в сторону зоны испарения. Внутри вставки установлен сепаратор, расположенный ниже отверстий.

Недостатком такого устройства является отсутствие клапана для сбрасывания части воздуха наружу и области для скапливания неконденсирующихся примесей, что значительно ухудшает интенсивность конденсации.

Известен двухфазный термосифон [RU 157300 U1, МПК F28D 15/00 (2006.01), опубл. 27.11.2015], выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой верхней и нижней камер. Корпус выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой с паропроводом для транспортировки пара. Узкая часть воронки соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена прямоугольным выступом. Бортовая часть воронки выполнена с отверстиями, равномерно расположенными по окружности. Охлаждаемая поверхность верхней камеры является конденсатором. Часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне. В нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу.

Недостатком этого двухфазного термосифона является низкая интенсивность теплообмена, что обусловлено пленочной конденсацией на внутренней поверхности верхней камеры и высокой температурой на внешней поверхности.

Задачей изобретения является повышение интенсивности теплообмена в верхней камере двухфазного термосифона.

Предложенный двухфазный термосифон, так же как в прототипе, содержит корпус из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, состоящий из двух соединенных между собой верхней и нижней камер, при этом рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой, узкая часть которой соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена прямоугольным выступом, а бортовая часть воронки выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями, конденсатором является внутренняя поверхность верхней камеры, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, причем в нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу.

Согласно изобретению верхняя внутренняя поверхность корпуса снабжена одинаковыми равномерно расположенными прямоугольными выступами для капельной конденсации пара. Корпус и эти выступы выполнены из одного материала. Над корпусом прикреплена пластина, через сквозные равномерно расположенные отверстия которой пропущены силиконовые трубки, одни концы которых через перистальтический насос опущены в бак с дистиллированной водой, а к другим концам силиконовых трубок прикреплены полые иглы так, что они расположены над верхней поверхностью корпуса.

Прямоугольные выступы на верхней внутренней поверхности корпуса обеспечивают капельную конденсацию пара, интенсифицируя теплообмен в зоне конденсации двухфазного термосифона. Капли, падающие из полых игл, охлаждают верхнюю наружную поверхность корпуса термосифона. Таким образом, по сравнению с прототипом, повышается интенсивность теплообмена в верхней камере двухфазного термосифона.

На фиг. 1 представлена конструкция двухфазного термосифона.

На фиг. 2 показан узел А.

Двухфазный термосифон содержит цельный корпус 1 (фиг. 1) в виде соединенных между собой верхней 2 и нижней 3 соосно расположенных вертикальных цилиндрических камер с образованием снаружи, в месте их соединения, кольцевой площадки. Диаметр нижней камеры больше диаметра верхней камеры. В нижней камере 3, заполненной жидкостью, например раствором этилового спирта, размещена воронка 4, узкая часть которой соединена с паропроводом 5, расположенным в верхней камере 2 и имеющим форму витой трубы, на внутренней поверхности которой по всей ее длине выполнен прямоугольный выступ 6. На внутренней верхней поверхности корпуса 1 выполнены одинаковые равномерно расположенные прямоугольные выступы 7 (фиг. 2). Бортовая часть воронки 4 (фиг. 1) соединена с внутренними боковыми поверхностями нижней камеры 3 и выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями 8. В нижней камере 3, выше уровня заполняющей ее жидкости, расположен выпускной клапан 9.

Над корпусом 1 размещена пластина 10, прикрепленная к нему с помощью приваренного к боковой поверхности корпуса 1 стержня 11. Через сквозные равномерно расположенные отверстия пластины 10 пропущены силиконовые трубки 12, одни концы которых через перистальтический насос 13 (Н) опущены в бак 14 с дистиллированной водой. К другим концам силиконовых трубок 12 прикреплены полые иглы 15 так, что они расположены на расстоянии 5 см над верхней поверхностью корпуса 1.

Корпус 1 и прямоугольные выступы 7 на его внутренней верхней поверхности выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности (нержавеющая сталь, медь, латунь). Ширина каждого выступа составляет 5 мкм, его высота - 30 мкм. Ширина паза между выступами - 30 мкм.

Двухфазный термосифон работает следующим образом.

При установке двухфазного термосифона, например, на аккумуляторную батарею, подвод тепла происходит через дно нижней камеры 3, при этом осуществляется тепло- и массоперенос с изменением агрегатного состояния теплоносителя - жидкости. Так как плотности теплоносителя в зонах испарения и конденсации различны, то эта разность в значении плотностей теплоносителя создает движущийся напор под действием сил гравитации, создавая естественную циркуляцию в контуре термосифона. Парожидкостная смесь, образованная при кипении жидкости в нижней камере 3, собирается в воронку 4 и проходит по паропроводу в форме витой трубы 5 в верхнюю камеру 2, вытесняя воздух, при этом давление в термосифоне повышается. Капли жидкости задерживаются прямоугольным выступом 6 на внутренней поверхности витой трубы 5. Далее пар направляется на одинаковые равномерно расположенные прямоугольные выступы 7 на внутренней верхней поверхности корпуса 1. Происходит капельная конденсация пара, при которой капли 16 располагаются на выступах 7, а пар непосредственно контактирует с верхней стенкой зоны конденсации, при этом интенсивность теплообмена в зоне конденсации повышается, а давление в контуре снижается. Через полые иглы 15, расположенные над верхней поверхностью корпуса 1, перистальтическим насосом 13 (Н) из бака 14 с водой по силиконовым трубкам 12, пропущенным через сквозные равномерно расположенные отверстия пластины 10, нагнетаются капли 17, которые, попадая на верхнюю наружную поверхность корпуса 1 термосифона, охлаждают ее. По стенкам внутренней поверхности корпуса 1 верхней камеры 2 конденсат стекает вниз в зону испарения, где через отверстия 8 в бортовой части воронки 4 жидкость возвращается в нижнюю камеру 3, в которой скапливаются несконденсированные пары и большая часть воздуха. С увеличением нагрева дна нижней камеры 3 давление в корпусе 1 достигает значения, при котором срабатывает установленный в нижней камере 3 выпускной клапан 9 и часть воздуха удаляется из термосифона.

Двухфазный термосифон, содержащий корпус из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, состоящий их двух соосных вертикальных цилиндрических камер, верхней и нижней, при этом рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой, узкая часть которой соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена выступом, а бортовая часть воронки выполнена с отверстиями, равномерно расположенными по окружности, конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, причем на верхней торцевой части нижней камеры установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу, отличающийся тем, что верхняя внутренняя поверхность корпуса снабжена одинаковыми равномерно расположенными прямоугольными выступами для капельной конденсации пара, причем корпус и эти выступы выполнены из одного материала, над корпусом прикреплена пластина, через сквозные равномерно расположенные отверстия которой пропущены силиконовые трубки, одни концы которых через перистальтический насос опущены в бак с дистиллированной водой, а к другим концам силиконовых трубок прикреплены полые иглы так, что они расположены над верхней поверхностью корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменнику (1), содержащему первый модуль (10) теплообменника с первым каналом (120) испарителя и первым каналом (130) конденсатора. Указанные первый канал (120) испарителя и первый канал (130) конденсатора расположены в первой трубе (11).

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве двигателя летательного аппарата (ЛА). Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус (1) в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем.

Изобретение относится к области тепловых труб, а именно к гравитационным тепловым трубам, и может быть использовано для охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при создании калориферов, работающих на электроэнергии и на продуктах сгорания газа. Универсальный калорифер, содержащий трубы, закрепленные в коллекторе с образованием одной полости испарительно-конденсационного цикла.

Изобретение относится к теплотехнике и может применяться в теплообменных устройствах, действующих по принципу «тепловой трубы» и используемых для отопления помещений.

Изобретение относится к двум вариантам выполнения гравитационной тепловой трубы, предназначенной для замораживания и предотвращения оттаивания грунта под сооружениями, возводимыми в зоне вечной мерзлоты.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата. Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках с тепловыми трубами. Теплообменник с тепловыми трубами для передачи тепла от горячего газа холодному газу содержит корпус с первой камерой для подачи через нее горячего газа, второй камерой для подачи через нее холодного газа и множеством тепловых труб, простирающихся между первой камерой и второй камерой.

Теплопередающая панель космического аппарата относится к космической технике и может быть использована в системах терморегулирования космических аппаратов (КА) при обеспечении теплового режима оборудования, установленного на искусственных спутниках Земли, межпланетных станциях, спускаемых аппаратах и других космических объектах.

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к тепловым трубам, и может использоваться в различных областях электронной промышленности.

Теплообменная секция 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. Часть периферии одной из двух пластин или часть рамы служит зоной испарения теплообменной секции, и остальная часть камеры служит зоной конденсации теплообменной секции. Теплообменная секция имеет увеличенные площадь проходного сечения для пара, ширину прохода для обратного потока текучей среды и площадь теплопередачи зоны конденсации и уменьшенное расстояние между центром и краем зоны испарения и, следовательно, способна обеспечить значительное улучшение теплопередающей способности и плотности теплового потока. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к электротермическим устройствам электродного типа и предназначено для нагрева и перекачивания текучих сред. Термосифонный нагреватель с электродным подогревом электролита, содержащий герметичный корпус 1, снабженный нагнетательным и всасывающим патрубками 9, 10 с обратными клапанами 8, электроды 4 и клеммы для подвода электроэнергии. При этом термосифонный нагреватель снабжен поршнем 2, герметично разделяющим корпус на нижнюю часть 3 с раствором электролита 5 и верхнюю часть 6 с текучей средой 7, плоскопараллельными горизонтальными электродами 4, затопленными в растворе электролита 5, и теплообменником 11, выполненным в виде водяной рубашки, охватывающей нижнюю часть корпуса 1. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства для разогрева двигателей внутреннего сгорания с принудительной циркуляцией любого, в том числе неэлектропроводного теплоносителя, а также позволяет расширить функциональные возможности электрического нагревателя для систем отопления с одновременной функцией перекачивания нагреваемой среды. 1 ил.
Наверх