Термосифон

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики. Термосифон содержит корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, причем в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора. В корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса оснащена клапаном. Сифон может быть выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом, а в испарительной зоне может быть размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла. Технический результат - повышение эффективности испарения жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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

Известны устройства аналогичного назначения, например, «Термогравитационная тепловая труба» [1], которая содержит вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, а также коаксиально расположенную в нем разделительную вставку, нижний ее конец размещен в зоне испарения и выполнен с зубчатыми кромками, причем внутри верхнего участка вставки, размещенной в зоне конденсации, установлены теплоотводящие стержни, выведенные другими концами наружу.

Недостатком данного устройства является низкая термодинамическая эффективность, обусловленная малой испарительной поверхностью на нижнем торце с зубчатой кромкой и малой конденсационной поверхностью на концах теплопроводящих стержней в зоне конденсации.

Кроме того, в данном устройстве не предусмотрено принудительное удаление конденсирующихся газов.

Известна также «Тепловая труба» [2], содержащая герметичный корпус с зонами испарения, конденсации и транспортирования пара и установленный по оси трубы стакан с отверстиями на боковой поверхности, прикрепленный открытым концом к торцу зоны конденсации, причем днище стакана выполнено глухим, с диаметром больше диаметра стакана и имеет на периферии буртик, обращенный в зону конденсации, а отверстия расположены на участках, примыкающих к зонам конденсации.

Недостатком данного устройства является низкая термодинамическая эффективность из-за малых испарительных и конденсационных поверхностей - только на внутренних поверхностях трубы, а также неэффективная система отбора и удаления неконденсирующихся газов.

Известен «Термосифон» [3], содержащий цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспорта, установленную внутри корпуса соосную вставку с открытыми торцами и резервную емкость, выполненную в виде отдельного сосуда, размещенного вне корпуса на кольцевой полости, имеющей с корпусом общую стенку, причем резервная емкость соединена с внутренней полостью вставки посредством каналов.

Этот термосифон имеет повышенную теплопередающую способность за счет того, что избыток теплоносителя в жидкой фазе заполняет резервную емкость, обеспечивая увеличение интенсивности теплообмена в зоне конденсации.

Недостатком термосифона является малая испарительная поверхность и наличие неконденсирующихся газов, резко снижающих термодинамическую эффективность подобных устройств.

Ближайшим аналогом (прототипом) является «Термосифон» [4] Института теплофизики СО РАН.

Устройство состоит из верхней камеры, имеющей форму цилиндра с крышкой, нижней камеры, которая перегорожена воронкой для сбора пара, имеющей по краям небольшие отверстия для перетока сконденсированной жидкости в нижнюю камеру, паропровода и клапана для выпуска неконденсирующихся газов.

Недостатком этого термосифона является малая испарительная поверхность зоны конденсации (крышка цилиндра и его боковые стенки), а также неполный отвод неконденсирующихся газов, которые оттесняются парами жидкости из верхней в нижнюю камеру, где частично, при обслуживании термосифона, могут быть удалены наружу.

Задачей предлагаемого изобретения является создание однотрубного термосифона с высокой термодинамической эффективностью (КПД).

Поставленная задача решается тем, что в термосифоне, содержащем корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора, причем в корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса конденсатора оснащена клапаном.

Термосифон также может быть выполнен с сифоном в виде перевернутого стакана над паропроводом, причем его нижняя кромка размещена в жидкости корпуса конденсатора.

В термосифоне в нижней камере испарительной зоны ниже ее воронки может быть размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла.

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:

- увеличена термодинамическая эффективность за счет полной конденсации паров, пропускаемых через сконденсированную жидкость в корпусе конденсатора верхней камеры термосифона;

- увеличена термодинамическая эффективность за счет использования в нижней камере термосифона воронки, соединенной с паропроводом, препровождающим пар в конденсатор верхней камеры, а также использования дополнительной воронки в конденсаторе, расположенной в месте с отверстиями на уровне сконденсированной жидкости;

- увеличена термодинамическая эффективность за счет введения в нижнюю камеру кольцевого мелкоячеистого наполнителя из металла, усиливающего эффект пленочного испарения жидкости;

- увеличена термодинамическая эффективность за счет размещения клапана для удаления неконденсирующихся газов в верхней части корпуса конденсатора.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующих описываемый «Термосифон» нами не обнаружена. Таким образом, по нашему 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, по нашему мнению, критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый «Термосифон» изображен на чертежах, где на фиг. 1 представлена конструкция с трубным перевернутым сифоном, требующая для этого увеличения диаметра корпуса термосифона, а на фиг. 2 сифон выполнен в виде перевернутого над паропроводом стакана, что уменьшает габариты корпуса конденсатора и, соответственно, диаметр корпуса термосифона.

«Термосифон» содержит (фиг. 1) корпус 1 с нижней испарительной камерой 2 «+Q» и верхней конденсирующей «-Q» камерой 3, которые соединены паропроводом 4 с воронкой 5, имеющей кольцевой зазор 6 или отверстия между воронкой и корпусом. В верхнюю камеру, заполненную частично сконденсированной жидкостью, введен корпус конденсатора 7, вовнутрь которого пропущен паропровод, соединенный с перевернутым сифоном 8, причем верхняя часть сифона находится в воздушной зоне конденсатора, а его конец размещен в жидкости. В корпусе конденсатора выполнены отверстия 9 и размещена под ними на уровне сконденсированной жидкости дополнительная воронка 10, имеющая с корпусом кольцевой зазор 11 или отверстия между нею и корпусом.

В верхней части корпуса конденсатора установлен клапан 12, а в нижнюю испарительную камеру введен кольцевой мелкоячеистый наполнитель 13 с высокой теплопроводностью, плотно прилегающий к внутренней стенке корпуса и расположенный ниже воронки паропровода.

Чтобы не увеличивать сопротивление движению пара из паропровода в сифон, диаметр последнего должен быть таким же, как в паропроводе или больше, что обуславливает применение для корпуса термосифона трубы большего размера.

На фиг. 2 сифон выполнен в виде перевернутого над паропроводом стакана 14, опущенного в жидкость конденсатора, что создает лучшие условия для заполнения паром воздушной зоны стакана и его последующей конденсации, при этом предоставляется возможность уменьшить диаметр корпуса термосифона.

«Термосифон» работает следующим образом (фиг. 1).

При нагреве «+Q» нижней испарительной камеры 2 до кипения жидкости пары ее, ограниченные зоной воронки 5, поступают в паропровод 4 и далее через сифон 8 передаются в жидкость корпуса 7 конденсатора, конденсируясь в последнем «-Q». Поскольку пары в сифоне проходят «пробулькивая» через жидкость, то это гарантирует их полную конденсацию, а высвободившиеся несконденсированные газы накапливаются в верхней части корпуса конденсатора и удаляются через клапан 12.

Увеличивающийся объем жидкости конденсата через отверстия 9 в корпусе поступает на дополнительную воронку 10 конденсатора и далее через зазоры 11 на внутреннюю стенку корпуса 1 термосифона, стекая по ней через зазоры 6 до кольцевого мелкоячеистого наполнителя 13 нижней испарительной камеры 2.

Мелкоячеистый наполнитель 13, выполненный из металла, обладает высокой теплопроводностью для передачи жидкости внешней тепловой энергии и усиливает пленочное испарение за счет большой испарительной поверхности. Пленочное распределение жидкости в теплообменных поверхностях получило широкое распространение в технике [6].

При попадании пленки жидкости на мелкоячеистый наполнитель происходит ее перемешивание за счет сетчатой структуры наполнителя и создается волновой режим течения пленки. В работе [7] указывается, что при волновом режиме течения теплопередача на 20% больше, чем при гладком ламинарном течении.

Таким образом, наличие мелкоячеистого наполнителя 13 в нижней испарительной камере 2 приводит к возникновению дополнительного теплового потока, обусловленного поперечным течением жидкости.

На фиг. 2 сифон 14 выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом 4, при этом площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром стакана и внешним диаметром паропровода больше площади отверстия паропровода, поэтому пар жидкости свободно перемещается и конденсируется внутри кольцевого зазора. Это создает условия для уменьшения габаритов термосифона за счет использования трубы для его корпуса меньшего размера.

В дальнейшем функционирование термосифона с сифоном в виде перевернутого стакана происходит аналогично вышеописанному.

Предлагаемый высокоэффективный термосифон может найти широкое применение в теплотехнике для передачи тепловой энергии по протяженным каналам.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Чарыев А., Нурыев С. Термогравитационная тепловая труба. Авторское свидетельство СССР №637614, МПК F28D 15/00 (аналог).

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

3. Дорман Е.И., Алешина Е.Л. и др. Термосифон. Авторское свидетельство СССР №731261, МПК F28D 15/00 (аналог).

4. Чиннов Е.А., Кабов О.А. Термосифон. Патент РФ №2373473, МПК F28D 15/02 (прототип).

5. Щеклеин С.Е., Попов А.И. Кольцевой регулируемый термосифон. Патент РФ №2608794, МПК F28D 15/00 (аналог).

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

7. Капица П.Л., Капица С.П. ЖЭТФ. Т. 19, 1949, №2, с. 105-120.

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

9. Патент Великобритании №1488662А, 1971 (аналог).

10. Патент США №3965970, кл. 165-105, 1976 (аналог).

11. Горелов В.Л. Термосифон с клапаном. Патент на полезную модель РФ №123508, МПК F28D 13/00 (аналог).

1. Термосифон, содержащий корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, отличающийся тем, что в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора, причем в корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса конденсатора оснащена клапаном.

2. Термосифон по п. 1, отличающийся тем, что сифон выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом, причем его нижняя кромка размещена в жидкости корпуса конденсатора.

3. Термосифон по п. 1, отличающийся тем, что в нижней камере испарительной зоны ниже ее воронки размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи большого количества тепла при малых перепадах (градиентах) температуры на большие расстояния.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам. Устройство может быть использовано преимущественно в системах охлаждения электронных компонентов, в частности микропроцессоров, центральных процессоров, чипов, модулей памяти в компьютерах и т.д., в том числе там, где имеются два и более компонента с различной мощностью, требующих охлаждения, расположенных на удалении друг от друга и от стока тепла: воздушного, жидкостного или иного теплообменника.

Изобретение относится к системам, предназначенным для охлаждения тепловыделяющих элементов серверных стоек, и может также использоваться в других электронных устройствах, построенных по принципу стойки, и охлаждать любые требующие охлаждения элементы.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в устройствах для передачи тепла. Электронная тепловая труба включает в своем составе испаритель, паропровод, теплообменник-охладитель, паропровод, причем в качестве испарителя выступает катод, состоящий из элемента трубопровода из электропроводящего материала с нанесенным на его внутреннюю поверхность эмиссионным слоем из материала с низкой работой выхода электронов, в качестве теплообменника-охладителя выступает анод, состоящий из элемента трубопровода из электропроводящего материала и нанесенного на его внутреннюю поверхность слоя восприятия электронов из материала с низкой работой выхода, причем анод электрически последовательно через потребитель электроэнергии соединен с катодом.

Изобретение относится к вакуумным радиаторам и может быть использовано для отопления помещений. Вакуумный радиатор содержит корпус, выполненный в виде двух герметично соединенных между собой листов материала, выдерживающего низкое давление.

Способ крепления тепловой трубы к теплоприемному основанию включает выполнение канавки на плоской поверхности теплоприемного основания, закладку в канавку тепловой трубы и деформацию тепловой трубы плоским пуансоном, причем канавку выполняют с глубиной не менее диаметра тепловой трубы, неизменной шириной от поверхности теплоприемного основания до половины глубины канавки, а приложение плоским пуансоном давления осуществляют к кромкам канавки.

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.

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.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи большого количества тепла при малых перепадах (градиентах) температуры на большие расстояния.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи большого количества тепла при малых перепадах (градиентах) температуры на большие расстояния.

Изобретение относится к области теплотехники. Тепловая труба с электрогидродинамическим генератором, у которой внутри парового канала 4 на уровне сопел 8 установлена перегородка 17.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении тепловых труб. Способ изготовления тепловой трубы с алюминиевым корпусом и водой в качестве теплоносителя включает покрытие всей внутренней поверхности корпуса инертным к воде слоем меди, вакуумирование корпуса, заполнение корпуса необходимым количеством воды и герметизацию корпуса.

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.

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.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам и может быть использовано для охлаждения энергонасыщенного авиационного оборудования, системы отопления и других тепловыделяющих устройств.

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 теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики. Термосифон содержит корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, причем в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора. В корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса оснащена клапаном. Сифон может быть выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом, а в испарительной зоне может быть размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла. Технический результат - повышение эффективности испарения жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх