ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Российский патент 1998 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к тепловым трубам, в частности к тепловым трубам с электрическим разогревом теплоносителя, и может быть применено в аппаратах, где используются тепловые процессы, например в отоплении, установках для нагрева жидкости, в парниках и теплицах для подогрева почвы и т.д.

Известна тепловая труба (СССР, а.с. N 519592, F 28 D 15/00; 1976 г.), содержащая герметичный корпус, из которого откачан воздух. Корпус заполнен рабочим телом, а снаружи корпуса установлен ускоритель рабочего тела, выполненный в виде кольца магнитострикционного преобразователя с возможностью его перемещения вдоль корпуса для обеспечения регулирования теплоотдачи.

Однако в указанной трубе конструктивно невозможно регулирование подвода тепла в зону испарения, тем более в автоматическом режиме, а значит, функциональные возможности трубы и, в среднем, КПД - понижены, поскольку у указанной трубы устройство, посредством которого осуществляется разогрев рабочего тела в зоне испарения, размещено снаружи корпуса как самостоятельная часть.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является проект (В.Я. Друянов. Сверхъявления в технике. М., Знание, 1976 г.), согласно которому внутри тепловой трубки следует расположить электроды. Если создать между ними разность потенциалов, то жидкость начнет интенсивнее перемещаться, благодаря чему увеличится пропускная способность трубки.

На и у указанной, согласно проекту, трубки устройство разогрева рабочего тела размещено снаружи корпуса, т.к. электроды, размещенные внутри трубки, предназначены лишь для ускорения перемещения рабочего тела и включены в цепь источника постоянного электрического тока, и вследствие всего этого ее конструкция усложнена и конструктивно лишена возможности автоматической саморегуляции.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции с обеспечением возможности ее применения в качестве электрического нагревательного устройства, безопасного и удобного при эксплуатации, в т.ч. в бытовых условиях, с одновременным конструктивным обеспечением авторегулирования, техническим результатом чего явится повышение КПД и уменьшение электроэнергертических затрат.

Поставленная задача достигается тем, что тепловая труба, содержащая частично заполненный жидким электропроводящим теплоносителем, в качестве которого использована вода, герметичный корпус с зонами испарения и конденсации. Корпус оснащен с торца в зоне испарения цоколем, на котором внутри корпуса закреплен нагреватель рабочего тела, выполненный в виде расположенного по оси корпуса центрального электрода, а в качестве второго электрода использован корпус, выполненный из аналогичного центральному электроду металла с плотно облегающей корпус снаружи диэлектрической оболочкой.

Конструктивно тепловая труба выполнена с возможностью герметизации корпуса в процессе вакуумирования, например, герметизирующей пробкой, устанавливаемой с торца в зоне конденсации.

Отличительными признаками предложенной тепловой трубы, дающими положительный технический результат, являются следующие признаки:
- нагреватель является неотъемлемой, встроенной частью тепловой трубы и выполнен в виде пары электродов, один из которых установлен внутри корпуса тепловой трубы вдоль ее оси, а вторым электродом является металлический корпус;
- электроды включены в цепь питания переменным током, например, в бытовую сеть с напряжением 220 В, за счет чего упрощена конструкция тепловой трубы путем исключения дополнительного внешнего источника постоянного тока и упрощена эксплуатация тепловой трубы;
- в качестве теплоносителя возможно применение воды, т.к. нагреватель, выполненный в виде пары электродов, погруженных в воду с зазором между ними, позволяет осуществлять разогрев воды путем простого пропускания через нее электрического тока в зазоре между электродами, за счет чего существенно повышается эффективность нагревателя, что ведет к повышению КПД тепловой трубы, поскольку нагрев и испарение воды начинается немедленно после включения нагревателя и вся энергия электрического тока, в основном, расходится только на разогрев воды;
- поскольку уровень воды при работе трубы изменяется, т.е. уменьшается по мере испарения воды и увеличивается по мере ее конденсации, то и степень погружения электродов в воду изменяется, а значит, автоматически соответственно изменяется и количество пропускаемого через воду тока, что ведет к автоматической стабилизации работы, способствуя ее экономичности;
- питание электродов переменным током уравнивает условия их работы, уменьшает процесс их гидролизного разрушения, повышает надежность работы трубы и увеличивает общее время ее эксплуатации;
- использованием корпуса тепловой трубы, наряду с центральным электродом, в качестве второго электрода упрощена ее конструкция, что способствует повышению технологичности изготовления тепловой трубы, а наружный диэлектрический кожух способствует безопасности ее использования;
- конструктивная возможность герметизации трубы в процессе ее вакуумирования, например постановкой герметизирующей пробки, способствует упрощению технологии вакуумирования тепловой трубы.

На чертеже изображен продольный разрез тепловой трубы с металлическим корпусом-электродом и центральным электродом и наружным защитным диэлектрическим кожухом.

Тепловая труба содержит частично заполненный жидким электропроводящим теплоносителем (1), в качестве которого, предпочтительно, применена вода, герметичный корпус (2) с зонами испарения (3) и конденсации (4), выполненный из металла с плотно облегающим его снаружи диэлектрическим защитным кожухом(5). С торца в зоне испарения корпус оснащен цоколем (6), выполненным из диэлектрического материала, на котором внутри корпуса закреплен нагреватель в виде пары электродов (7) и (8), выполненных из электролизостойкого материала, один (7) из которых расположен вдоль оси корпуса, а вторым (8) является сам металлический корпус. С торца в зоне испарения корпус закрыт герметизирующей пробкой (9) с возможностью ее постановки в процессе вакуумирования.

Тепловая труба работает следующим образом.

Так как вода электропроводна, то при включении электродов в электрическую цепь через воду в зазоре между электродами потечет ток, разогревающий воду, как и любой проводник. А так как тепловая труба вакуумирована, испарение воды начнется при более низкой температуре, чем при нормальном давлении, т. е. , с учетом относительно высокой плотности тока, протекающего через поперечное сечение воды в зазоре между электродами, ее испарение начнется практически немедленно по включении электродов. Пар с запасенной им при испарении тепловой энергией сразу же распространяется по всей трубе, отдавая свое тепло холодным в зоне конденсации стенкам корпуса при конденсации на них. Образовавшаяся из пара вода вновь стекает в зону испарения. По мере разогрева всей трубы в ней все больше и больше образуется пара и повышается его давление, способствующее тому, что испарение воды будет возможным лишь при более высокой температуре, и при достижении в трубе нормального давления она будет испаряться при 100^oC.

С приближением скоростей процесса испарения-конденсации и разогрева трубы до оптимальных величин они замедляются и по достижении указанных величин автоматически стабилизируются за счет автоматического изменения величины тока, проходящего через воду, т.к. с увеличением парообразования понижается уровень воды в трубе, площадь электродов, погруженная в воду, т.е. их активная площадь, уменьшается и величина тока, уменьшается парообразование, и процессы пойдут в обратном порядке. Практически наступит стабилизация указанных процессов при оптимальном режиме работы трубы, самоподдерживающаяся автоматически. Надежной эффективной работе трубы с высокой экономичностью способствует то, что нагреватель в виде электродов помещен в теплоносителе, разогрев которого осуществляется электрическим током, непосредственно протекающим в его толще без каких-либо промежуточных теплопередающих элементов, и за счет того, что электроды работают относительно друг друга в одинаковых условиях, т.к. электрический ток - переменный.

Реализация предложенного изобретения позволяет получить тепловые трубы, обладающие высоким КПД и экономичностью при сравнительно высоких конструктивной простоте и технологичности изготовления и пригодности для применения в самых различных электрических нагревательных, безопасных, надежных и простых в эксплуатации, в т.ч. и в бытовых переносных устройствах, исключающих т.н. "выгорание" кислорода воздуха в помещениях.

Изобретение относится к тепловым трубам с электрическим разогревом и может быть использовано в отоплении, установках для нагрева жидкости, в парниках и теплицах для подогрева почвы и т.п. Тепловая труба содержит частично заполненный жидким электропроводящим теплоносителем (1), в качестве которого предпочтительно применена вода, герметичный корпус (2) с зонами испарения (3) и конденсаторами (4), выполненный из металла с плотно облегающим его снаружи диэлектрическим защитным кожухом (5). С торца испарения корпус оснащен цоколем (6), выполненным из диэлектрического материала, на котором внутри закреплен нагреватель в виде пары электродов (7) и (8), выполненных из электролизостойкого материала, один (7) из которых расположен вдоль оси корпуса, а вторым (8) является сам металлический корпус. С торца в зоне испарения корпус закрыт герметизирующей пробкой (9) с возможностью ее постановки в процессе вакуумирования. Изобретение позволяет получить тепловые трубы, обладающие высоким КПД и экономичностью при сравнительно высоких конструктивной простоте и технологичности изготовления. 1 ил.

Тепловая труба, содержащая частично заполненный жидким электропроводным теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации, цоколь в зоне испарения, соединенный с корпусом и подключаемый к источнику питания, электронагреватель в виде двух электродов, закрепленных внутри корпуса на цоколе, отличающаяся тем, что источник питания выполнен на переменном токе, один электрод установлен вдоль оси корпуса, а второй соединен с металлическим корпусом, наружная поверхность которого покрыта электроизоляционным материалом.