ТЕРМОСИФОН Российский патент 2005 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к использованию низкопотенциального тепла грунта.

Известны термосифоны, содержащие внутри герметичного корпуса рабочее тело, обладающее способностью фазового перехода, при этом испарительная часть помещается в грунте, а конденсаторная часть расположена над поверхностью Земли с возможностью использования скрытой теплоты конденсации рабочего тела на полезные нужды.

Известен термосифон, содержащий рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющий испарительную и конденсаторные части (см. Справочник по теплообменникам. Москва. ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ. 1987. том.2, стр.104-105). Недостатком указанной конструкции является возникновение сравнительно высоких тепловых напоров при теплопередаче, между конденсаторной частью термосифона и потребителем тепла (например испарителем теплового насоса).

Задача изобретения - создать устройство, обеспечивающее теплопередачу между грунтом и рабочим телом в испарителе теплового насоса при существенно уменьшенном тепловом напоре и одновременно добиться существенного уменьшения габаритов устройства.

Поставленная задача решается тем, что термосифон с испарителем теплового насоса, включающий термосифон, содержащий рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющий испарительную и конденсаторные части, согласно изобретению термосифон содержит герметичную тепловую трубу, содержащую рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющую испарительную и конденсаторные части, конденсаторная часть тепловой трубы ограничивает вместе с внешним корпусом, крышкой и нижней платформой полость испарителя теплового насоса, имеющую патрубки для подвода жидкой фазы рабочего тела теплового насоса и отвода газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, таким образом, конденсаторная часть тепловой трубы образует внутренний корпус испарителя теплового насоса, между внешним и внутренним корпусом испарителя теплового насоса установлен промежуточный корпус, имеющий отверстия в нижней части с возможностью прохода через них жидкой или газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, циркулирующего внутри испарителя теплового насоса, между внутренним корпусом и промежуточным корпусом имеются направленные вертикально трубки-сопла с возможностью поступления в них жидкой фазы рабочего тела теплового насоса под давлением, причем испаритель теплового насоса имеет внутренние поверхности. Для интенсификации циркуляции рабочего тела внешний корпус испарителя теплового насоса, его внутренний корпус и промежуточный корпус или их части могут иметь конусообразную форму и располагаться так, чтобы иметь общую вертикальную ось симметрии, а внутренние поверхности испарителя теплового насоса, в том числе внутреннего корпуса, могут иметь оребрение.

На фиг.1 изображен термосифон с испарителем теплового насоса в разрезе и стрелками показана циркуляция рабочего тела в испарителе. На фиг.2 - поперечное сечение термосифона в поперечной плоскости, проходящей на уровне отверстий для перетока циркулирующего рабочего тела из области его движения вниз в область его движения вверх.

Термосифон содержит корпус тепловой трубы (1), вертикально забиваемый в землю или засыпаемый грунтом, по всей длине которой рабочее тело имеет возможность испаряться при движении капель жидкости по ее внутренней стенке. Корпус тепловой трубы в ее конденсаторной части окружен промежуточным корпусом (2). Полость испарителя теплового насоса ограничена внешним корпусом (3), снабженным крышкой (6). Конусообразная часть (4) в конденсаторной области тепловой трубы выполняется из теплопроводного материала и ограничивает полость испарителя теплового насоса. Промежуточный корпус (2) в своей нижней части имеет отверстия (5) для прохода циркулирующего в испарителе рабочего тела теплового насоса. Испаритель снабжен патрубком (7) для отвода газообразного рабочего тела в компрессор теплового насоса. Пространство между промежуточным корпусом (2) и внутренним корпусом (1) через вертикальные трубки-сопла (8) сообщается с полостью для жидкой фазы рабочего тела теплового насоса, расположенной под платформой (9). Указанная полость связана по рабочему телу теплового насоса с выходом из конденсатора теплового насоса через патрубок (10).

Работает устройство следующим образом. Рабочее тело внутри герметичного корпуса тепловой трубы (1) в жидкой фазе под действием силы тяжести стекает вниз по внутренним стенкам, постепенно испаряясь и забирая тепло от стенки в испарительной части тепловой трубы. В конденсаторной части тепловой трубы (4) оно отдает тепло рабочему телу теплового насоса. Последнее поступает через патрубок (10) в полость испарителя теплового насоса, образованную внешним корпусом (3), крышкой (6), конденсаторной частью тепловой трубы (4) и нижней платформой (9). Газообразную часть рабочего тела, образующуюся в испарителе, отводят в компрессор теплового насоса (на фиг.1 не показан) через патрубок (7). Рабочее тело теплового насоса, приобретая высокую скорость в трубках соплах (8) из-за разницы давлений на концах указанных трубок-сопел, заставляет интенсивно циркулировать жидкую фазу рабочего тела и парожидкостную смесь внутри испарителя, которая между внутренним корпусом (1) и промежуточным корпусом (2) поднимается вверх, а между внешним корпусом (3) и промежуточным корпусом (2) опускается под действием силы тяжести вниз, где через отверстия (5) вновь попадает в полость между внутренним корпусом (1) и промежуточным корпусом (2). Таким образом, достигается интенсификация теплообмена и, тем самым, существенное снижение необходимого теплового напора при той же тепловой мощности и площади поверхностей испарителя.

Изобретение предназначено для применения в области теплоэнергетики, а именно при использовании низкопотенциального тепла, в том числе и тепла грунта. Термосифон с испарителем теплового насоса, включающий термосифон, содержащий рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющий испарительную и конденсаторные части, причем термосифон содержит герметичную тепловую трубу, содержащую рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющую испарительную и конденсаторные части, конденсаторная часть тепловой трубы ограничивает вместе с внешним корпусом, крышкой и нижней платформой полость испарителя теплового насоса, имеющую патрубки для подвода жидкой фазы рабочего тела теплового насоса и отвода газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, таким образом, конденсаторная часть тепловой трубы образует внутренний корпус испарителя теплового насоса, между внешним и внутренним корпусом испарителя теплового насоса установлен промежуточный корпус, имеющий отверстия в нижней части с возможностью прохода через них жидкой или газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, циркулирующего внутри испарителя теплового насоса, между внутренним корпусом и промежуточным корпусом имеются направленные вертикально трубки-сопла с возможностью поступления в них жидкой фазы рабочего тела теплового насоса под давлением, причем испаритель теплового насоса имеет внутренние поверхности. Кроме того, внешний корпус испарителя теплового насоса, его внутренний корпус и промежуточный корпус или их части имеют конусообразную форму и расположены так, что имеют общую вертикальную ось симметрии, а внутренние поверхности испарителя теплового насоса, в том числе внутреннего корпуса, имеют оребрение. Изобретение позволяет существенно уменьшить тепловой напор между грунтом и рабочим телом в испарителе теплового насоса при одновременном уменьшении габаритов устройства, а также использовать энергию сжатой жидкости, поступающую из конденсатора теплового насоса в испаритель. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Термосифон с испарителем теплового насоса, включающий термосифон, содержащий рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющий испарительную и конденсаторные части, отличающийся тем, что термосифон содержит герметичную тепловую трубу, содержащую рабочее тело, обладающее способностью перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно, и имеющую испарительную и конденсаторные части, конденсаторная часть тепловой трубы ограничивает вместе с внешним корпусом, крышкой и нижней платформой полость испарителя теплового насоса, имеющую патрубки для подвода жидкой фазы рабочего тела теплового насоса и отвода газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, таким образом конденсаторная часть тепловой трубы образует внутренний корпус испарителя теплового насоса, между внешним и внутренним корпусом испарителя теплового насоса установлен промежуточный корпус, имеющий отверстия в нижней части с возможностью прохода через них жидкой или газообразной фазы рабочего тела теплового насоса, циркулирующего внутри испарителя теплового насоса, между внутренним корпусом и промежуточным корпусом имеются направленные вертикально трубки-сопла с возможностью поступления в них жидкой фазы рабочего тела теплового насоса под давлением, причем испаритель теплового насоса имеет внутренние поверхности.2. Термосифон по п.1, отличающийся тем, что внешний корпус испарителя теплового насоса, его внутренний корпус и промежуточный корпус или их части имеют конусообразную форму и расположены так, что имеют общую вертикальную ось симметрии.3. Термосифон по п.1, отличающийся тем, что внутренние поверхности испарителя теплового насоса, в том числе внутреннего корпуса, имеют оребрение.