ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Российский патент 2005 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для охлаждения или термостабилизации различных устройств, преимущественно в области подземного строительства, добычи полезных ископаемых, и касается замораживания грунта для создания ледопородных ограждений.

Известна тепловая труба, содержащая вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку в зоне испарения, образующую с корпусом кольцевой зазор и снабженную наружным оребрением [1].

Недостатком известной трубы является невысокий уровень теплоотдачи в зоне испарения.

Наиболее близким к заявленному изобретению является тепловая труба, содержащая вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку в зоне испарения, образующую с корпусом кольцевой зазор и снабженную наружным оребрением, последнее выполнено в виде поперечных кольцевых выступов на вставке, а зазор имеет многократное ступенчато-изменяющееся поперечное сечение [2].

Недостатком известной трубы является негарантированное смачивание жидкостью поверхности испарительной зоны. Кроме того, при необходимости дозированной (локальной) заморозки, особенно на большой глубине, отсутствие зоны транспортирования приводит к резкому увеличению зоны конденсации тепловой трубы, что увеличивает металлоемкость тепловой трубы.

Задачей изобретения является обеспечение возможности локальной заморозки грунта, в том числе и на большой глубине, а также уменьшение металлоемкости тепловой трубы.

Указанная задача достигается в тепловой трубе, содержащей вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку в зоне испарения, образующую с корпусом кольцевой зазор и снабженную наружным оребрением, причем согласно изобретению между зоной конденсации и коаксиальной полой вставкой установлена дополнительная полая вставка из нетеплопроводного материала цилиндрической формы с переменным радиусом, образующая своей внешней поверхностью и внутренней стенкой корпуса тепловой трубы замкнутое пространство, причем выполняется соотношение:

d_{мин д.п.в.}<d_к.п.в.,

где d_{мин д.п.в} - минимальный диаметр дополнительной полой вставки;

d_к.п.в. - диаметр коаксиальной полой вставки.

На чертеже представлена предлагаемая тепловая труба, общий вид.

Тепловая труба содержит корпус 1 с зонами испарения 2 и конденсации 3, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку 4, образующую с корпусом 1 кольцевой зазор 5, и снабженную наружным оребрением 6, выполненным в виде кольцевых выступов. При этом зазор 5 имеет многократное ступенчато изменяющееся поперечное сечение. Вставка 4 может быть выполнена в виде гофрированной трубки. Дополнительная полая вставка 7 из нетеплопроводного материала цилиндрической формы с переменным радиусом образует своей внешней поверхностью и корпусом 1 тепловой трубы замкнутое пространство 9. Переменный радиус дополнительной полой вставки 7 выполнен таким образом, чтобы обеспечить отрыв потока от внутренней поверхности дополнительной полой вставки 7 и падение капель за счет гравитационных сил во внутреннюю поверхность коаксиальной полой вставки 4 в зону испарения. Это условие будет выполняться в том случае, если минимальный диаметр дополнительной полой вставки 7 будет меньше диаметра коаксиальной полой вставки.

d_{мин д.п.в.}<d_к.п.в.,

где d_{мин д.п.в} - минимальный диаметр дополнительной полой вставки;

d_к.п.в. - диаметр коаксиальной полой вставки.

Предлагаемая тепловая труба работает следующим образом.

При подводе тепла к зоне испарения 2 теплоноситель кипит и пары его по кольцевому зазору 5 поднимаются в зону конденсации 3. Теплоноситель движется по внутренней поверхности дополнительной вставки 7 до точки отрыва 8, а затем в виде капель стекает во внутреннюю полость вставки 4, не соприкасаясь с внутренней поверхностью дополнительной вставки 7 после отрыва от точки 8. Полость 9, образованная внешней поверхностью дополнительной полой вставкой 7 и корпусом тепловой трубы, обладает высоким термическим сопротивлением в радиальном направлении, вследствие чего уменьшается тепловой поток между грунтом в области транспортирования тепловой трубы и парами теплоносителя. Кроме того, за счет перевода части зоны испарения в зону транспортирования уменьшается тепловая нагрузка на зону конденсации и, как следствие, уменьшается металлоемкость зоны конденсации и всей тепловой трубы в целом. После конденсации в зоне 3 теплоноситель вновь сквозь дополнительную вставку 7 возвращается во внутреннюю полость вставки 4.

Таким образом, изобретение позволяет замораживать грунт на большой глубине локально и устойчиво работать при небольших углах наклона тепловой трубы к горизонту, а также уменьшить металлоемкость тепловой трубы за счет перевода части зоны испарения в зону транспортирования.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №566117, кл. F 28 D 15/00.

2. Авторское свидетельство СССР №1108322, кл. F 28 D 15/00.

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно может быть использовано для охлаждения или термостабилизации различных устройств, преимущественно в области подземного строительства, добычи полезных ископаемых. Тепловая труба содержит вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку в зоне испарения, образующую с корпусом кольцевой зазор и снабженную наружным оребрением, причем между зоной конденсации и коаксиальной полой вставкой установлена дополнительная полая вставка из нетеплопроводного материала цилиндрической формы с переменным радиусом, образующая своей внешней поверхностью и внутренней стенкой корпуса тепловой трубы замкнутое пространство, причем выполняется соотношение:

d_{мин д.п.в.}<d_к.п.в.,

где d_{мин д.п.в} - минимальный диаметр дополнительной полой вставки.

d_к.п.в. - диаметр коаксиальной полой вставки;

Изобретение позволяет обеспечить возможности локальной заморозки грунта, в том числе и на большой глубине, а также уменьшить металлоемкость тепловой трубы. 1 ил.

Тепловая труба, содержащая вертикальный корпус с зонами испарения и конденсации, частично заполненный теплоносителем, и коаксиальную полую вставку в зоне испарения, образующую с корпусом кольцевой зазор и снабженную наружным оребрением, отличающаяся тем, что между зоной конденсации и коаксиальной полой вставкой установлена дополнительная полая вставка из нетеплопроводного материала цилиндрической формы с переменным радиусом, образующая своей внешней поверхностью и внутренней стенкой корпуса тепловой трубы замкнутое пространство, причем выполняется соотношение d_{мин д.п.в.}<d_к.п.в., где d_{мин д.п.в.} - минимальный диаметр дополнительной полой вставки; d_к.п.в. - диаметр коаксиальной полой вставки.