УСТРОЙСТВО ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА НА ОСНОВЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ТЕРМОСИФОНА Российский патент 2025 года по МПК F28D15/06 

Предлагаемое изобретение относится к теплотехнике, а именно к гравитационным тепловым трубам и служит для передачи тепловой энергии по каналам в системах теплоэнергетики, в том числе в теплообменных аппаратах и системах расхолаживания ядерных реакторов или их бассейнов выдержки.

Известно устройство аналогичного назначения, схожее по применению, «Регулируемая тепловая труба», авторов Бутырский В. И., Макаров В.C. и др., по патенту СССР №926503, МПК F28D 15/00, содержащее в себе электромагнит постоянного тока, а в зоне транспорта кольцевую камеру, заполненную магнитомягкой металлической набивкой, ориентирующейся вдоль магнитных силовых линий.

Данная «Регулируемая тепловая труба» обладает узким диапазоном регулирования, требует внешнего источника питания.

Существует также патент на изобретение «Термосифон», авторов Попов А. И., Щеклеин С. Е., по патенту РФ №2646273, МПК F25B 19/02, F25D 7/00, F28D 15/02, содержащий сифон в виде перевернутого стакана над паропроводом, причем его нижняя кромка размещена в жидкости корпуса конденсатора, а в нижней камере испарительной зоны размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла.

Недостатками данного устройства является отсутствие возможности регулирования теплопередающих характеристик термосифона.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является «Регулируемый термосифон», авторов Болога М. К., Савин И.К. и др., по патенту СССР №1725059, МПК F28D 15/02, представляющий собой термосифон, на оси которого установлена компенсационная камера в виде трубы с перфорированным концом в зоне испарения, и электрогидродинамический насос, который подключен к источнику высокого напряжения.

Недостатками выбранного прототипа являются низкая термодинамическая эффективность в связи с чем, что компенсационная камера занимает полезный объем транспортной зоны, кроме того, прототип имеет узкий диапазон регулирования теплопередающих характеристик и имеет низкую степень автономности, т.к. требуется регулируемый источник высокого напряжения.

Технической проблемой является низкая автономность при регулировании теплопередающих характеристик устройства, низкий теплопередающие характеристики и низкий диапазон регулирования теплотехнических характеристик.

Техническим результатом предлагаемого решения является обеспечение полной автономности регулирования теплопередающих характеристик устройства, увеличение теплопередающих характеристик, расширение диапазона регулирования и способов регулирования теплопередающих характеристик.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве, содержащем зону испарения, конденсации, компенсационную камеру и транспортную зону, причем испарительная зона представляет собой заполненный рабочим телом испарительный модуль, включающий в себя четыре вертикальные трубы, размещенные на одинаковом расстоянии друг от друга в объеме теплоносителя, внутри которых находятся тепловыделяющие сборки, транспортная зона состоит из подъемного и опускного каналов, компенсационная камера установлена вне корпуса устройства и состоит из корпуса, внутри которого находится гранулированный полиэтилен, поршня с пружиной, соединенного направляющим штоком с шиберной задвижкой, расположенной перед нижней плоскостью испарительного модуля и изменяющей площадь входных сечений вертикальных труб в зависимости от температуры теплоносителя.

На чертеже фиг. 1 изображено предлагаемое «Устройство пассивного отвода тепла на основе регулируемого термосифона», содержащее заполненный водой бак 1, внутри которого находится испарительная зона устройства, представляющая собой заполненный рабочим телом испарительный модуль 2, включающий в себя четыре вертикальные трубы, размещенные на одинаковом расстоянии друг от друга в объеме теплоносителя, внутри которых находятся тепловыделяющие сборки 3, а также транспортная зона, состоящая из подъемного канала 4 и опускного канала 5 и соединяющая испарительный модуль с конденсационной зоной 9, установленной вне бака, и компенсационная камера 7. Компенсационная камера состоит из корпуса, заполненного гранулированным полиэтиленом 8, поршня 6 с пружиной 11, соединенного направляющим штоком с шиберной задвижкой 10, расположенной перед нижней плоскостью испарительного модуля и изменяющей площадь входных сечений вертикальных труб в зависимости от температуры теплоносителя. Входные и выходные сечения вертикальных труб испарительного модуля представлены на фиг. 2 и фиг. 3 соответственно.

«Устройство …» работает следующим образом. При температуре, соответствующей условиям нормальной эксплуатации, компенсационная камера 7 отрегулирована таким образом, чтобы шиберная задвижка 10 частично открывала входное сечение вертикальных труб испарительного модуля 2, обеспечивая необходимый расход теплоносителя и нормальную мощность теплоотвода, обеспечивающую заданную температуру теплоносителя. Движение теплоносителя в полостях испарительного модуля указано стрелками на чертеже. В случае повышения температуры теплоносителя в баке 1 соответственно увеличивается температура гранулированного полиэтилена 8, расположенного в корпусе компенсационной камеры 7, что приводит к увеличению его объема, вытеснению поршня и сжатию пружины 11. Поршень 6 перемещает шиберную задвижку 10 с помощью направляющего штока, в результате чего увеличивается площадь входного сечения вертикальных труб испарительного модуля. Увеличение площади входного сечения приводит к повышению расхода теплоносителя через испарительный модуль, что в свою очередь приводит к увеличению расхода рабочего тела в испарительном модуле за счет увеличения разности плотностей рабочего тела в подъемном канале 4 и опускном канале 5 и, следовательно, к увеличению мощности теплоотвода. При понижении температуры теплоносителя в баке уменьшается температура и, соответственно, объем гранулированного полиэтилена 8 в компенсационной камере 7 и под действием пружины 11 поршень 6 возвращается в исходное положение, перекрывая входное сечение вертикальных труб испарительного модуля, уменьшая тем самым расход теплоносителя и мощность теплоотвода.

Таким образом, предлагаемое «Устройство пассивного отвода тепла на основе регулируемого термосифона» обеспечивает эффективную передачу тепловой энергии в широком диапазоне тепловых режимов и может использоваться в промышленной энергетике, а именно в теплообменных аппаратах и системах расхолаживания атомных станций.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах и системах расхолаживания ядерных реакторов или их бассейнов выдержки. В устройстве пассивного отвода тепла на основе регулируемого термосифона, содержащего заполненный теплоносителем бак, внутри которого находится испарительная зона, представляющая собой заполненный рабочим телом испарительный модуль, включающий в себя четыре вертикальные трубы, размещенные на одинаковом расстоянии друг от друга в объеме теплоносителя, внутри которых находятся тепловыделяющие сборки, транспортная зона выполнена из подъемного и опускного каналов, компенсационная камера установлена вне корпуса устройства и выполнена из корпуса, заполненного гранулированным полиэтиленом, поршня с пружиной, соединенного направляющим штоком с шиберной задвижкой, расположенной перед нижней плоскостью испарительного модуля и изменяющей площадь входных сечений вертикальных труб в зависимости от температуры теплоносителя. Технический результат – повышение эффективности передачи тепловой энергии в широком диапазоне тепловых режимов. 3 ил.

Устройство пассивного отвода тепла на основе регулируемого термосифона, содержащее зону испарения, транспорта, конденсации и компенсационную камеру, отличающееся тем, что испарительная зона представляет собой заполненный рабочим телом испарительный модуль, включающий в себя четыре вертикальные трубы, размещенные на одинаковом расстоянии друг от друга в объеме теплоносителя, внутри которых находятся тепловыделяющие сборки, транспортная зона выполнена из подъемного и опускного каналов, компенсационная камера установлена вне устройства и выполнена из корпуса, заполненного гранулированным полиэтиленом, поршня с пружиной, соединенного направляющим штоком с шиберной задвижкой с частичным перекрытием, расположенной перед нижней плоскостью испарительного модуля и изменяющей площадь входных сечений вертикальных труб в зависимости от температуры теплоносителя.