ТЕРМОСИФОН Российский патент 2002 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для прогрева и термостабилизации грунтов в строительстве, сельском хозяйстве и других областях.

Известен термосифон, состоящий из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих рабочие камеры (Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение. 1985, с.22, рис. 2.1 в. ). Недостатком данного устройства является то, что оно неэффективно при использовании низкотемпературных теплоносителей, например, подмерзлотной зоны грунта в качестве источника теплоты. В этом устройстве тепловые флуктуации, возникающие в жидком теплоносителе, гасятся между винтовыми поверхностями.

Наиболее близким по своей технической сущности является термосифон, состоящий из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры и разделителей потока жидкого теплоносителя (Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение. 1985, стр. 149, рис. 6.2).

Недостатком данного технического решения является то, что возникающие у стенок труб тепловые флуктуации (импульсно-объемное расширение) в рабочей жидкости вызывают в ней завихрения и последующее смешение восходящего и нисходящего потоков по всей длине рабочих камер. В связи с этим снижена тепловая эффективность термосифона и ограничена длина его рабочей части.

Задачей настоящего изобретения является повышение тепловой эффективности работы термосифона.

Настоящая задача решается тем, что в термосифоне, состоящем из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры и разделителей потока жидкого теплоносителя, разделители потока рабочей жидкости выполнены в виде конусообразных колец, установленных на стенках труб внутри рабочих камер, причем образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз.

Новизна данного технического решения заключается в том, что для повышения тепловой эффективности термосифона разделители (жидкого теплоносителя) установлены на внешних стенках труб и выполнены в виде конусообразных колец. При этом образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз.

Это техническое решение позволяет решать поставленную задачу повышения тепловой эффективности термосифона.

На фиг.1 дана схема термосифона; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 дан элемент внешней рабочей камеры (узел В).

Устройство состоит из двух коаксиально установленных внешней 1 и внутренней 2 труб, образующих внешнюю рабочую камеру 3 и внутреннюю рабочую камеру 4. На стенках труб рабочей камеры 3 установлены разделители жидкого теплоносителя 5 и 6. Во внутренней рабочей камере 4 установлены разделители жидкого теплоносителя 7. Разделители жидкого теплоносителя 5, 6, 7 выполнены в виде конусообразных колец 8, 9 и 10. Образующие 11 и 12 колец 8 и 9 в рабочей камере 3 направлены вверх. Образующие 13 колец 10 камеры 4 направлены вниз. В верхней части термосифона камера 3 связана с камерой 4 полостью 14, а в нижней - полостью 15.

Термосифон может быть установлен в промерзающем грунте 16 и подмерзлотной зоне 17.

Работа термосифона осуществляется следующим образом. При нагреве наружной трубы 1 теплотой грунта подмерзлотной зоны 17 в жидком теплоносителе рабочей камеры 3 возникают периодические тепловые флуктуации, сопровождающиеся скачком давления, увеличением скорости движения молекул жидкого теплоносителя с последующим снижением его плотности. Тепловые флуктуации, возникающие у стенок труб 1,2 рабочей камеры 3, ограничены пространством между кольцами 8 и 9, образующие которых направлены вверх (фиг.3). Эта особенность устройства способствует движению жидкого теплоносителя в рабочей камере 3 вверх. При этом импульсы давления и завихрения жидкого теплоносителя направленные вниз, гасятся в пространстве между трубами 1,2 и нижележащими кольцами 5 и 6.

В зоне промерзания грунта осуществляется охлаждение жидкого теплоносителя. При этом импульсы падения давления в теплоносителе (пространстве) между кольцами 8 и 9 способствуют подъему нижележащих слоев теплоносителя, а вертикальная составляющая импульсов давления, способствующая оттоку вышележащих слоев теплоносителя вниз, гасится также в пространстве между трубами 1, 2 и кольцами 8, 9.

Таким образом, внешняя рабочая камера 3 образует канал восходящего потока жидкого теплоносителя, который через полость 14 перетекает во внутреннюю рабочую камеру 4. Дальнейшее охлаждение и объемное импульсное сжатие жидкого теплоносителя в верхней части камеры 4 за счет конусообразных колец 10 с образующими 13, направленными вниз, ускоряет движение жидкого теплоносителя вниз, а вертикальные составляющие падения давления, направленные вверх, гасятся в пространстве между трубой 2 и конусообразными кольцами 10.

Дальнейший нагрев жидкого теплоносителя в рабочей камере 4 ускоряет ее нисходящее движение, поскольку вертикальная составляющая давления, направленная вверх, гасится в пространстве между трубой 2 и конусообразными кольцами 10.

Из рабочей камеры 4 через полость 15 жидкий теплоноситель перетекает в рабочую камеру 3.

Из вышеизложенного видно, что противоположная направленность конусообразных колец 8, 9 и 10 во внешней 3 и внутренней 4 рабочих камерах способствует интенсификации циркуляции жидкого теплоносителя в термосифоне и повышению его тепловой эффективности.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике и может быть использовано для прогрева и термостабилизации грунтов в строительстве, сельском хозяйстве и других областях. Термосифон состоит из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры, и разделителей потока жидкого теплоносителя, причем разделители потока рабочей жидкости выполнены в виде конусообразных колец, установленных на стенках труб внутри рабочих камер, а образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз. Задачей изобретения является повышение тепловой эффективности работы термосифона. 3 ил.

Термосифон, состоящий из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры, и разделителей потока жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что разделители потока рабочей жидкости выполнены в виде конусообразных колец, установленных на стенках труб внутри рабочих камер, причем образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз.