ГРАВИТАЦИОННАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРУБА Российский патент 2008 года по МПК F28D15/00 

Изобретение относится к области тепловых труб, а именно к гравитационным тепловым трубам, и может найти применение, например, при замораживании грунта для укрепления фундаментов и оснований различных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах.

Известна гравитационная тепловая труба по авторскому свидетельству СССР №676848 (опубл. 30.07.1979 [1]), представляющая собой герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В последней имеется кольцевая камера для сбора конденсата теплоносителя.

Данная тепловая труба имеет сложную конструкцию корпуса и невысокую эффективность охлаждения в зоне испарения. Это обусловлено тем, что конденсат, стекающий по стенке корпуса в транспортной зоне, подогревается и частично уносится встречным потоком пара.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является гравитационная тепловая труба по авторскому свидетельству СССР №1010436 (опубл. 07.04.1983 [2]). Эта тепловая труба имеет герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В транспортной зоне на стенке корпуса имеется вставка, образующая со стенкой корпуса кольцевой карман.

Конструкция данной тепловой трубы достаточно проста. Однако при установке трубы в грунт возможно отклонение продольной оси корпуса от направления силы гравитации. Вследствие этого конденсат может перетекать через край кармана и попадать на стенку корпуса. При своем движении вниз он нагревается и вскипает на стенке корпуса. Возникающие при этом пузырьки разрушают пленку конденсата с выбросом конденсата во встречный поток пара. Это приводит к снижению теплопередающей способности трубы и, следовательно, к снижению теплосъема нижней частью трубы, т.е. в зоне испарения.

Предлагаемым изобретением решается задача получения технического результата, заключающегося в увеличении теплосъема нижней частью трубы (зоной испарения). Ниже при раскрытии сущности изобретения и рассмотрении примеров его конкретного выполнения будут названы и другие виды технического результата, обеспечиваемого предлагаемым техническим решением.

Поставленная задача решается следующим образом.

Как и известная гравитационная тепловая труба по авторскому свидетельству СССР №1010436 [2], предлагаемая гравитационная тепловая труба содержит герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В транспортной зоне размещена вставка, образующая со стенкой корпуса кольцевой карман.

В отличие от упомянутой известной гравитационной тепловой трубы в предлагаемой трубе вставка, образующая вместе со стенкой корпуса кольцевой карман, снабжена радиальными каналами, имеющими открытый срез со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса.

Благодаря наличию таких каналов предотвращается перелив конденсата через край кармана. Конденсат направляется к центральной части корпуса и спускается вниз в зону испарения, не контактируя со стенкой корпуса в транспортной зоне. Это препятствует возникновению описанных выше явлений, вызывающих снижение теплопередающей способности тепловой трубы и снижение теплосъема.

Предпочтительно такое выполнение гравитационной тепловой трубы, при котором указанная вставка по периферии имеет гибкую упругую обечайку, расположенную в проточке на стенке корпуса. Такое решение обеспечивает фиксацию положения вставки и способствует упрощению сборки трубы, так как позволяет легко установить отдельно изготовленную вставку, снабженную радиальными каналами, в корпус трубы.

Положение вставки, имеющей по периферии гибкую упругую обечайку, может быть зафиксировано также с помощью стержней, соединяющих ее с торцом корпуса в зоне конденсации.

Наличие упругой обечайки в обоих случаях обеспечивает хороший контакт кармана со стенкой корпуса.

Кроме того, предлагаемая гравитационная тепловая труба может дополнительно содержать элемент для стекания конденсата, расположенный между концами указанных каналов, обращенными к продольной оси корпуса, и торцом корпуса со стороны зоны испарения.

Наличие такого элемента предотвращает смещение конденсата на стенку корпуса и унос капель теплоносителя в конденсатор встречным потоком пара, что могло бы отрицательно влиять на теплопередающую способность тепловой трубы и теплосъем.

Элемент для стекания конденсата может быть выполнен, в частности, в виде жгута или тросика, свитых из нитей или проволок, которые одним концом прикреплены к стенкам указанных каналов у их среза, а другим соединены - с торцом корпуса со стороны зоны испарения.

Элемент для стекания конденсата может быть выполнен также в виде трубки, прикрепленной одним концом к стенкам указанных каналов у их среза.

При таком выполнении элемента для стекания конденсата указанная трубка вторым (нижним) своим концом может опираться на торец корпуса в зоне испарения, а также иметь в своей стенке возле этого конца прорези или отверстия. В этом случае конденсат движется к зоне испарения внутри трубки, вытекая из нее через упомянутые прорези или отверстия, благодаря чему он практически не взаимодействует со встречным потоком пара.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами фиг.1 - 6.

На фиг.1 изображена гравитационная тепловая труба со вставкой, снабженной каналами и образующей карман со стенкой корпуса.

На фиг.2 изображена верхняя часть гравитационной тепловой трубы со вставкой, размещенной в проточке на стенке корпуса.

На фиг.3 изображена верхняя часть гравитационной тепловой трубы со вставкой, закрепленной с помощью стержней.

На фиг.4 изображена гравитационная тепловая труба с элементом для стекания конденсата в виде тросика или жгута.

На фиг.5 изображена гравитационная тепловая труба с элементом для стекания конденсата в виде трубки, расположенной между вставкой и зоной испарения.

На фиг.6 изображена гравитационная тепловая труба с элементом для стекания конденсата в виде трубки, которая своим вторым концом опирается на торец корпуса в зоне испарения.

Гравитационная тепловая труба (фиг.1) содержит герметичный корпус 1 в виде цилиндрической трубы. Корпус 1 частично заправлен жидким теплоносителем 2, имеет зоны испарения 3, конденсации 4 и транспортную зону 5. В последней имеется вставка 6. Вставка 6 образует со стенкой корпуса кольцевой карман 7. Вставка и имеет радиальные каналы 8, которые сообщаются с карманом 7 и оканчиваются в вблизи продольной оси 20 корпуса, но не доходят до нее. Каналы имеют открытый срез со стороны их концов, обращенных к продольной оси 20 корпуса. Каналы 8 показаны также с увеличением на видах А-А и В.

Тепловой поток Q подводится к внешней поверхности корпуса в зоне испарения 1 и отводится в зоне конденсации 4.

Срезы 25 радиальных каналов расположены вблизи продольной оси 20 корпуса. В данном случае канал образован вогнутой вниз стенкой.

На фиг.2 представлена гравитационная тепловая труба, в которой вставка 6 имеет гибкую упругую обечайку 9, размещенную в проточке 19 на корпусе 1 (см. также изображения обечайки 9 и проточки 19 на видах А-А и В фиг.2). Вставка имеет кольцевой карман 7 и сообщающиеся с ним открытые вблизи оси 20 корпуса радиальные каналы 8.

Гравитационная тепловая труба, представленная на фиг.3, имеет вставку 6 с упругой обечайкой (манжетой) 9, удерживаемую в корпусе с помощью стержней 10, закрепленных на торце 11 зоны конденсации 4 (см. также изображения обечайки (манжеты) 9 и стержней 10 на видах А-А и В фиг.3).

В гравитационных тепловых трубах, представленных на фиг.1 - 3, конденсат, стекающий по стенке корпуса из зоны конденсации в виде пленки или капель 22, собирается кольцевым карманом 7. По радиальным каналам 8 конденсат направляется в сторону к центральной части корпуса, сторону продольной оси 20 корпуса. Вблизи нее конденсат вытекает из каналов и в виде струй или капель 22 падает вниз в зону испарения. При этом конденсат не контактирует со стенкой корпуса транспортной зоны.

Так как конденсат лишен возможности контактировать со стенкой корпуса в транспортной зоне, исключен и его подогрев от стенки. Кроме того, уменьшается подогрев конденсата встречным потоком пара, так как площадь поверхности его взаимодействия с паром меньше в падающих каплях, чем при отекании по стенке. Уменьшается также унос паром конденсата наверх в зону отвода теплоты. Это способствует уменьшению температуры конденсата в зоне подвода тепла по сравнению с наиболее близким известным устройством [2] и повышению эффективности теплосъема, а следовательно, повышению теплопередающей способности тепловой трубы.

На фиг.4 представлено выполнение предлагаемой гравитационной тепловой трубы, при котором между каналами 8 вставки 6 и торцом 12 корпуса 1 в зоне испарения 3 имеются свитые из проволок или полимерных нитей тросики или жгуты (шнуры) 16. Верхние концы проволок или нитей прикреплены к стенкам каналов 8 в их концевых частях, сходящихся к центральной части трубы 1. Нижние концы проволок или полимерных нитей, из которых свиты тросики или жгуты (шнуры) 16, зажаты в зажиме 17, установленном на торце 12 корпуса 1 в зоне испарения. В этом случае конденсат 22 из каналов 8 попадает на проволоки или нити тросиков или жгутов (шнуров) 16 и благодаря капиллярному эффекту стекает по ним в зону испарения, не контактируя со стенкой корпуса и испытывая минимальное воздействие встречного потока пара.

В гравитационной тепловой трубе, представленной на фиг.5, между открытыми концами каналов 8 вставки 6 и торцом 12 корпуса 1 в зоне испарения 3 расположен отрезок трубки 13. Он прикреплен к стенке корпуса в верхней своей части с помощью стержней 14 и удерживается вблизи оси корпуса в нижней своей части с помощью стержней 15. При этом внутренний радиус трубки больше расстояния от оси корпуса до среза каналов 8. В этом случае конденсат 22 из каналов 8 попадает внутрь трубки 13 и движется в ней к зоне испарения, практически не взаимодействуя со встречным потоком пара.

В гравитационной тепловой трубе, представленной на фиг.6, вставка 6 и трубка 13 соединены друг с другом. Трубка 13 при этом опирается на торец 12 корпуса 1 в зоне испарения 3 и имеет на конце продольные прорези 18 или отверстия. Центровка трубки 13 осуществляется посредством стержней 15, с помощью которых эта трубка прикреплена к стенке корпуса 1.

В этой конструкции конденсат 22 через карман 7 вставки 6 по каналам 8 стекает в трубку 13 и через прорези 18 попадает в нижнюю часть зоны испарения 3. Такое выполнение гравитационной тепловой трубы позволяет исключить контакт конденсата со встречным потоком пара на пути возврата конденсата в зону испарения.

Преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с наиболее близким к нему известным [2] заключается в том, что оно имеет более высокую теплопередающую способность, более низкую температуру конденсата в зоне испарения и более высокую интенсивность теплосъема в зоне испарения. Обусловлено это тем, что в предлагаемой гравитационной тепловой трубе уменьшен или полностью исключен подогрев и унос капель конденсата в зону конденсации встречным потоком пара и исключен подогрев конденсата стенкой корпуса в транспортной зоне.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №676848, опубл. 30.07.1979.

2. Авторское свидетельство СССР №1010436, опубл. 07.04.1983.

Изобретение относится к тепловым трубам и может найти применение при замораживании грунта для укрепления фундаментов и оснований сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Труба содержит герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной. В последней размещена вставка, образующая кольцевой карман на стенке корпуса и выполненная с радиальными каналами, имеющими открытый срез со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса. Труба может иметь элемент для стекания конденсата, расположенный между концами каналов и торцом корпуса со стороны зоны испарения. Благодаря уменьшению или полному исключению подогрева и уноса капель конденсата в зону конденсации встречным потоком пара и исключению подогрева конденсата стенкой корпуса в транспортной зоне, труба имеет более высокую теплопередающую способность, более низкую температуру конденсата в зоне испарения и более высокую интенсивность теплосъема в зоне испарения. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Гравитационная тепловая труба, содержащая герметичный частично заправляемый теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной, причем в транспортной зоне размещена вставка, образующая кольцевой карман со стенкой корпуса, отличающаяся тем, что указанная вставка снабжена радиальными каналами, имеющими открытый срез со стороны их концов, обращенных к продольной оси корпуса.2. Тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что указанная вставка имеет по периферии гибкую упругую обечайку, расположенную в проточке на стенке корпуса.3. Тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что указанная вставка имеет по периферии гибкую упругую обечайку и соединена с торцом корпуса в зоне конденсации с помощью стержней.4. Тепловая труба по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит элемент для стекания конденсата, расположенный между концами указанных каналов, обращенными к продольной оси корпуса, и торцом корпуса со стороны зоны испарения.5. Тепловая труба по п.4, отличающаяся тем, что элемент для стекания конденсата выполнен в виде жгута или тросика, свитых из нитей или проволок, которые соединены одним концом со стенками указанных каналов у их среза, а другим - с торцом корпуса со стороны зоны испарения.6. Тепловая труба по п.4, отличающаяся тем, что элемент для стекания конденсата выполнен в виде трубки, прикрепленной одним концом к стенкам указанных каналов у их среза.7. Тепловая труба по п.6, отличающаяся тем, что указанная трубка другим концом опирается на торец корпуса в зоне испарения и имеет в своей стенке возле этого конца прорези или отверстия.