ТЕРМОСИФОН Российский патент 2009 года по МПК F28D15/02 

Описание патента на изобретение RU2373473C1

Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в качестве теплопередающего устройства для обеспечения работы механических устройств, погруженных в жидкую среду, например масляных выключателей, при низких температурах окружающей среды. Существующие подогревательные устройства, использующие стандартные трубчатые электронагреватели ТЭН, не являются достаточно надежными и могут приводить к возгоранию маломасляных выключателей серии ВМТ.

Известны различные типы термосифонов и тепловых труб, однако практически все они для эффективной работы требуют предварительной откачки воздуха и поддержания высокой герметичности, что приводит к снижению надежности устройств и их высокой стоимости [Справочник по теплообменникам. М., Энергоатомиздат, 1987, Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. М., Энергия, 1979, 272 с., Пиоро И.Л., Антоненко В.А., Пиоро Л.С. Эффективные теплообменники с двухфазными термосифонами. Киев. Наукова думка, 1991, 246 с.]. Наличие даже незначительной примеси воздуха во внутренней части термосифонов приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи при конденсации рабочей жидкости.

Значительный интерес представляют устройства, которые обеспечивали бы надежный подвод тепла при любом содержании воздуха в системе.

Известно устройство, в котором используют специальную пластину для образования паровой полости в зоне конденсации, что позволяет исключить влияние проникающего извне воздуха [а.с. №1764199, 1990.03.16, 5 Н05К 7/20]. Однако предложенная конструкция не предотвращает влияние газов, растворенных в самой жидкости, и имеет ряд конструктивных ограничений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство с погруженной системой охлаждения электронного оборудования, отличительной особенностью которого является наличие направляющей воронки или полости для собирания или направления пара [патент РФ №2066518, 1993.04.05, 6 Н05К 7/20].

Недостатком данного устройства является отсутствие области для скапливания неконденсирующихся примесей, что значительно ухудшает интенсивность конденсации.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения эффективности передачи тепла в термосифоне от нагреваемой части к охлаждаемому участку путем интенсификации теплоотдачи при конденсации в условиях высокого содержании воздуха в системе.

Задачу решают тем, что в известном устройстве термосифона, содержащем корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, которой перегорожена нижняя камера, с паропроводом для транспортировки пара, парогенератор в нижней камере и конденсатор в верхней камере, конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры термосифона, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, при этом в нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу (чертеж). Термосифон без воронки с трубопроводом для движения пара может нормально работать только в том случае, если из системы откачен воздух и жидкость тщательно дегазирована. В противном случае наличие примеси инородного газа резко снижает интенсивность процесса конденсации и в результате не обеспечивается передача необходимого потока тепла. Наличие воронки с трубопроводом для движения пара приводит к тому, что чистый пар, возникающий при кипении жидкости на нагревателе, скапливается в воронке и поступает по паропроводу в зону конденсации, оттесняя при этом находящийся там воздух в нижнюю камеру. Использование клапана, расположенного в этой камере, позволяет при достижении определенного давления выбрасывать находящийся в камере воздух в атмосферу, что приводит к улучшению характеристик термосифона и снижению давления в системе. В качестве рабочей жидкости используют раствор изопропилового спирта в воде, что обеспечивает незамерзание рабочей жидкости в условиях низких температур.

Устройство состоит из верхней камеры 1, имеющей форму вертикального цилиндра с крышкой 2, нижней камеры 6, которая перегорожена воронкой 7 с небольшими отверстиями по краям для перетока жидкости, и паропровода 3, клапана 4 и нагревателя 5, чертеж. Цилиндр вставляется в гнездо масляного выключателя серии ВМТ.

Устройство работает следующим образом.

На чертеже показано устройство в режиме работы. В начальный момент нижняя камера термосифона заполнена жидкостью. Уровень заливки определяют из расчета, что находящийся в устройстве воздух будет вытеснен в нижнюю камеру. При включении нагрузки происходит нагрев жидкости в нижней камере. При кипении жидкости пар собирается в воронке, поступает в паропровод и далее, вытесняя воздух, распространяется в верхней камере. Процесс сопровождается повышением давления в системе, в результате чего объем воздуха, изначально содержащийся в термосифоне, уменьшается. Паропровод 3 и крышка цилиндра 2 устроены таким образом, что струя пара направляется на охлаждаемые стенки цилиндра, где происходит конденсация пара. В результате оттеснения воздуха от внутренней поверхности цилиндра интенсивность процесса конденсации увеличивается, а давление в системе снижается. Большая часть воздуха из верхней камеры скапливается в нижней. Если в стадии запуска системы нагрузку постепенно увеличивать до значения, превышающего номинальное, то давление в системе достигнет некоторой величины, при которой сработает установленный в нижней камере клапан и часть воздуха выйдет из термосифона. Рабочее давление снизится, интенсивность конденсации увеличится. Снижение рабочего давления в системе приведет к уменьшению потерь рабочей жидкости, что обеспечит увеличение времени работы термосифона без дозаправки.

Использование предложенного устройства позволяет существенно повысить эффективность передачи тепла в термосифоне от нагреваемой части к охлаждаемому участку, при этом увеличивая время работы термосифона без дозаправки.

Расчеты и экспериментальные исследования [Kabov О.A., Chinnov E.A. Vapor-gas mixture condensation in a two-chamber vertical thermosyphon. Journal of Enhanced Heat Transfer. 2002, Vol.9, pp.57-67] показали, что рассмотренная конструкция термосифона обеспечивает подвод тепла мощностью 2 кВт к выключателю маломасляному серии ВМТ при высоте конденсатора 830 мм и внешнем диаметре 50 мм с использованием в качестве рабочей жидкости воды с 40% по массе добавкой изопропилового спирта.

Похожие патенты RU2373473C1

название год авторы номер документа
ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН 2016
  • Кузнецов Гений Владимирович
  • Пономарев Константин Олегович
  • Феоктистов Дмитрий Владимирович
  • Орлова Евгения Георгиевна
RU2629646C1
ИСПАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕТОДИОДНОГО МОДУЛЯ 2013
  • Чиннов Евгений Анатольевич
  • Кабов Олег Александрович
RU2551137C2
ТЕРМОСИФОН 2017
  • Попов Александр Ильич
  • Щеклеин Сергей Евгеньевич
RU2646273C1
Двухфазный гравитационный двигатель 2022
  • Попов Александр Ильич
RU2810845C1
ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2000
  • Майданик Ю.Ф.
  • Дмитрин В.И.
RU2194935C2
СИСТЕМА АВАРИЙНОГО РАСХОЛАЖИВАНИЯ ВОДООХЛАЖДАЕМОГО РЕАКТОРА И СРЕДЫ ПОД ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКОЙ 1990
  • Колыхан Леонид Иванович[By]
  • Острецов Игорь Николаевич[Ru]
  • Фальковский Лев Наумович[Ru]
  • Молчанов Игорь Владимирович[Ru]
  • Татарников Виктор Петрович[Ru]
  • Беркович Виктор Мозесович[Ru]
  • Таранов Геннадий Сергеевич[Ru]
  • Савочкин Александр Михайлович[Ru]
RU2070347C1
Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема защитной оболочки объекта (варианты) 2018
  • Щеклеин Сергей Евгеньевич
  • Попов Александр Ильич
RU2682331C1
Теплопередающее устройство 2021
  • Гусев Сергей Федорович
  • Зарубин Александр Николаевич
  • Кондратьев Дмитрий Геннадьевич
  • Малышев Юрий Викторович
RU2761712C2
Солнечный опреснитель с параболоцилиндрическими отражателями 2017
  • Попов Александр Ильич
  • Щеклеин Сергей Евгеньевич
RU2668249C1
ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С АККУМУЛИРОВАНИЕМ ХОЛОДА 2014
  • Квашенников Василий Иванович
  • Герасименко Игорь Владимирович
  • Козловцев Андрей Петрович
  • Шахов Владимир Александрович
  • Коровин Григорий Сергеевич
  • Панин Александр Александрович
RU2561745C1

Реферат патента 2009 года ТЕРМОСИФОН

Изобретение предназначено для теплопередачи и может быть использовано для обеспечения работы механических устройств, погруженных в жидкую среду. Термосифон содержит корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, которой перегорожена нижняя камера с паропроводом для транспортировки пара, парогенератор в нижней камере и конденсатор в верхней камере. Конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры термосифона, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне. В нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу. Изобретение позволяет повышать эффективность передачи тепла в термосифоне от нагреваемой части к охлаждаемому участку путем интенсификации теплоотдачи при конденсации в условиях высокого содержании воздуха в системе. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 373 473 C1

Термосифон, содержащий корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, которой перегорожена нижняя камера с паропроводом для транспортировки пара, парогенератор в нижней камере и конденсатор в верхней камере, отличающийся тем, что конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры термосифона, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, при этом в нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2373473C1

РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО 1993
  • Кабов О.А.
RU2066518C1
Тепловая труба 1976
  • Кухарский Май Петрович
  • Илюшин Константин Александрович
SU624102A1
Электрогидродинамическая тепловая труба 1978
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Болога Мирча Кириллович
  • Кожухарь Иван Андреевич
  • Мардарский Орест Иванович
SU742695A1
Тепловая труба 1983
  • Бондаренко Сергей Владимирович
  • Ласточкин Сергей Анатольевич
  • Хабаров Владимир Александрович
SU1128088A1
Теплопередающее устройство 1987
  • Пиоро Леонард Станиславович
  • Калашников Алексей Юрьевич
  • Пиоро Игорь Леонардович
  • Вахницкий Алексей Савватьевич
  • Мухоид Анатолий Яковлевич
  • Ильяшенко Игорь Семенович
SU1456742A1
GB 1488662 A, 12.10.1971.

RU 2 373 473 C1

Авторы

Чиннов Евгений Анатольевич

Кабов Олег Александрович

Даты

2009-11-20Публикация

2008-07-16Подача