ТЕРМОСИФОН Российский патент 1995 года по МПК E02D3/115 

Изобретение относится к строительству в районах Крайнего Севера и касается выполнения устройств для искусственного замораживания грунта.

Известен однотрубный жидкостный термосифон С.И.Гапеева с изоляционной рубашкой, установленный в зоне сезонного оттаивания грунтов [1]
Эта наиболее ранняя простейшая конструкция термосифона оказалась малоэффективной из-за отсутствия разделения нисходящего и восходящего потоков жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является термосифон, содержащий заполненные жидким теплоносителем подземную колонну и надземный теплообменник, выполненные из установленных одна в другой наружных и внутренних труб, в которых наружная труба колонки выполнена с меньшим диаметром, чем наружная труба теплообменника, сопряжена с ней и объединена с внутренней трубой теплообменника с образованием канала, а внутренняя труба колонки сообщена с межтрубной полостью теплообменника посредством перепускного приспособления [2]
Большой диаметр наружной трубы теплообменника позволяет уменьшить высоту теплообменника, а система труба в трубе обеспечивает разделение нисходящего и восходящего потоков, что повышает эффективность теплообмена по сравнению с термосифоном Гапеева, но при этом он более трудоемок в изготовлении. Соединение наружной трубы теплообменника с наружной трубой колонки кольцевой заглушкой требует дополнительного устройства ребер жесткости для устойчивости теплообменника и внутренней варки тройника, соединяющего кольцевое пространство теплообменника с внутренней трубой колонки, что трудновыполнимо. При этом часть цилиндрической поверхности теплообменника ниже оси тройника исключается из расчетной поверхности теплообмена.

Кроме того, в этой конструкции восходящий поток жидкости из стесненного кольцевого пространства колонки поступает в нестесненное сечение того же диаметра внутренней трубы теплообменника, из-за чего резко снижается скорость восходящего потока, что способствует преждевременному охлаждению жидкости до излива ее в кольцевое пространство теплообменника. Преждевременно охлажденная жидкость будет стремиться к обратному току, тормозя восходящий поток, это снижает эффективность работы термосифона.

Цель изобретения состоит в снижении трудоемкости изготовления термосифона при высокой его эффективности.

Цель достигается тем, что термосифон, включающий заполненные жидким теплоносителем подземную колонку и надземный теплообменник, выполненные из установленных одна в другой наружных и внутренних труб, из которых наружная труба колонки выполнена с меньшим диаметром, чем наружная труба теплообменника, сопряжена с ней и объединена с внутренней трубой теплообменника с образованием канала, а внутренняя труба колонки сообщена с межтрубной полостью теплообменника посредством перепускного приспособления, в котором сопряжение и объединение труб выполнены посредством соответственно концентрического и эксцентрического переходников, а перепускное приспособление выполнено в виде изогнутого под углом 30^о трубчатого отвода, надетого одним концом на внутреннюю трубу колонки и вваренного другим концом в стенку эксцентрического переходника на участке с наклонными образующими, причем внутренние трубы колонки и теплообменника выполнены с одинаковым диаметром.

Соединение наружной трубы теплообменника с наружной трубой колонки концентрическим переходником исключает необходимость в установке дополнительных ребер жесткости, что снижает трудоемкость и металлоемкость изготовления.

Соединение внутренней трубы теплообменнике с наружной трубой колонки эксцентрическим переходником в зоне концентрического переходника и выполнение перепускного приспособления в виде изогнутого под углом 30^о трубчатого отвода, надетого одним концом на внутреннюю трубу колонки и вваренного другим концом в стенку эксцентрического переходника, обеспечивает полное использование нижней цилиндрической части поверхности теплообменника в расчетной поверхности теплообмена, сокращает объем сварочных работ, снижает трудоемкость изготовления.

Выполнение диаметра внутренней трубы теплообменника равным диаметру внутренней трубы колонки обеспечивает условное равенство скорости восходящего потока в колонке и теплообменнике, увеличивая эффективность теплообмена, при этом снижается металлоемкость конструкции.

На чертеже изображена схема термосифона.

Термосифон содержит наружную трубу 1 теплообменника, соединенную с наружной трубой 2 колонки концентрическим переходом 3, и внутреннюю трубу 4 теплообменника, соединенную эксцентрическим переходом 5 с наружной трубой 2 колонки. В наклонную образующую эксцентрического перехода вварен отвод 6 под углом 30^о, соединяющий кольцевое пространство теплообменника с внутренней трубой 7 колонки. Диаметры внутренних труб теплооб- менника 4 и колонки 7 равны.

Термосифон работает следующим образом (стрелками показано направление восходящего и нисходящего потоков жид- кости).

Охлажденный теплоноситель за счет большей плотности из кольцевого пространства теплообменника поступает через отвод 6 во внутреннюю трубу 7 колонки. У дна колонки теплоноситель вытекает из внутренней трубы колонки в кольцевое пространство колонки и поднимается по нему, отбирая тепло через поверхность наружной трубы 2 колонки, к теплообменнику, где по эксцентрическому переходу 5 поступает во внутреннюю трубу 4 теплообменника, изливаясь в верхней части в кольцевое пространство теплообменника. Через поверхность наружной трубы 1 теплообменника теплоноситель охлаждается и опускается вниз в концентрический переход 3, втекает в отвод 6, и цикл повторяется.

Использование: искусственное замораживание грунта. Сущность изобретения: термосифон содержит подземную колонку и надземный теплообменник, образованные наружными и внутренними трубами. Внешние трубы сопряжены друг с другом концентрическим переходником. Внутренняя труба теплообменника сообщена с межтрубным каналом колонки посредством эксцентрического переходника. Внутренняя труба колонки сообщена с межтрубным каналом теплообменника посредством перепускного приспособления. Перепускное приспособление представляет собой изогнутый под углом 30° трубчатый отвод. Один его конец надет на внутреннюю трубу колонки, другой вварен с стенку эксцентрического переходника на участке с наклонными образующими. Внешняя труба теплообменника имеет больший диаметр, чем внешняя труба колонки. Внутренние трубы теплообменника и колонки имеют одинаковый диаметр. 1 ил.

ТЕРМОСИФОН, включающий заполненные жидким теплоносителем подземную колонку и надземный теплообменник, выполненные из установленных одна в другой наружных и внутренних труб, из которых наружная труба колонки выполнена с меньшим диаметром, чем наружная труба теплообменника, сопряжена с ней и объединена с внутренней трубой теплообменника с образованием канала, а внутренняя труба колонки сообщена с межтрубной полостью теплообменника посредством перепускного приспособления, отличающийся тем, что сопряжение и объединение труб выполнено посредством соответственно концентрического и эксцентрического переходников, а перепускное приспособление выполненного в виде изогнутого под углом 30^o трубчатого отвода, надетого одним концом на внутреннюю трубу колонки и вваренного другим концом в стенку эксцентрического переходника на участке с наклонными образующими, причем внутренние трубы колонки и теплообменника имеют одинаковый диаметр.