RU108581U1

RU108581U1 - GRAVITATIONAL HEAT PIPE

Info

Publication number: RU108581U1
Application number: RU2011106904/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Абросимов
Original assignee: Александр Иванович Абросимов
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-09-20

Abstract

1. Гравитационная тепловая труба, содержащая герметичный корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними, выполненный с возможностью заправки теплоносителем и изогнутый в зоне испарения, отличающаяся тем, что корпус в зоне испарения выполнен из легкодеформируемого металла и имеет спиралевидную форму. ! 2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что корпус в транспортной зоне и зоне конденсации выполнен из того же металла, что и в зоне испарения. ! 3. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус спиралевидной формы в зоне испарения имеет концентрические витки, расположенные в горизонтальной плоскости. ! 4. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус спиралевидной формы в зоне испарения выполнен змееобразным и имеет витки, расположенные в вертикальной плоскости. ! 5. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус спиралевидной формы в зоне испарения выполнен в виде цилиндрической спирали с вертикальной осью. ! 6. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус спиралевидной формы в зоне испарения выполнен в виде конической спирали с вертикальной осью. 1. Gravity heat pipe containing a sealed housing with zones of evaporation, condensation and a transport zone between them, made with the possibility of filling with a coolant and curved in the evaporation zone, characterized in that the housing in the evaporation zone is made of easily deformable metal and has a spiral shape. ! 2. The pipe according to claim 1, characterized in that the housing in the transport zone and the condensation zone is made of the same metal as in the evaporation zone. ! 3. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone has concentric turns located in a horizontal plane. ! 4. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the casing of a spiral shape in the evaporation zone is made serpentine and has turns located in a vertical plane. ! 5. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone is made in the form of a cylindrical spiral with a vertical axis. ! 6. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone is made in the form of a conical spiral with a vertical axis.

Description

Полезная модель относится к теплотехнике, более конкретно - к средствам для охлаждения грунта, а именно к гравитационной тепловой трубе.The utility model relates to heat engineering, and more specifically to means for cooling the soil, namely, a gravitational heat pipe.

Известны гравитационные тепловые трубы, содержащие герметичный частично заполненный теплоносителем корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной (см., например, патенты Российской Федерации на изобретение №2327940 (опубл. 27.06.2008) [1] и на полезную модель №68108 (опубл. 10.11.2007) [2]). Указанные известные гравитационные тепловые трубы имеют жесткий корпус и, следовательно, фиксированную геометрическую форму, определяемую формой корпуса. В частности, труба по патенту [1] - прямая, а труба по патенту [2] - изогнута под углом, близким к прямому. Такие гравитационные тепловые трубы неудобны для транспортирования, особенно когда зона испарения является протяженной и может иметь длину несколько десятков метров.Known gravitational heat pipes containing a sealed housing partially filled with coolant with zones of evaporation, condensation and the transport zone (see, for example, patents of the Russian Federation for invention №2327940 (publ. June 27, 2008) [1] and utility model No. 68108 (publ . 10.11.2007) [2]). These known gravitational heat pipes have a rigid body and, therefore, a fixed geometric shape, determined by the shape of the body. In particular, the pipe according to the patent [1] is straight and the pipe according to the patent [2] is bent at an angle close to the straight line. Such gravitational heat pipes are inconvenient for transportation, especially when the evaporation zone is extended and can have a length of several tens of meters.

Известна также гравитационная тепловая труба по патенту Российской Федерации на изобретение №2387937 (опубл. 27.04.2010) [3]. В этой гравитационной тепловой трубе корпус в зоне испарения и в транспортной зоне или в какой-либо одной из этих зон имеет одну или несколько вставок, выполненных в виде сильфона, заключенного в эластичный металлический чулок. При этом вставка снабжена жесткой съемной обоймой для фиксации взаимного положения секций корпуса, между которыми расположена вставка. Жесткая съемная обойма выполнена с возможностью размещения вокруг указанного чулка и крепления ее к примыкающим к вставке секциям корпуса. Такая конструкция позволяет изготавливать трубу в заводских условиях и транспортировать на стройку в сложенном состоянии, не требуя использования транспортных средств, предназначенных для перевозки грузов с особо крупными габаритами. При установке устройства на объекте корпус трубы раскладывают, а на сильфоны устанавливают футляры для придания корпусу требуемой формы.Also known is the gravitational heat pipe according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2387937 (publ. 04/27/2010) [3]. In this gravitational heat pipe, the housing in the evaporation zone and in the transport zone or in any one of these zones has one or more inserts made in the form of a bellows enclosed in an elastic metal stocking. In this case, the insert is equipped with a rigid removable holder for fixing the relative position of the sections of the housing, between which the insert is located. A rigid removable clip is made with the possibility of placing around the specified stocking and fixing it to sections of the housing adjacent to the insert. This design allows the pipe to be manufactured in the factory and transported to the construction site when folded, without requiring the use of vehicles designed for the transport of goods with especially large dimensions. When installing the device at the facility, the pipe body is laid out, and cases are installed on the bellows to give the body the desired shape.

Однако наличие в данной тепловой трубе сильфонов и устанавливаемых на них футляров конструктивно усложняет ее, повышает стоимость и снижает эксплуатационную надежность. Размеры секций корпуса, между которыми установлены вставки в виде сильфонов, фиксированы, что накладывает ограничения на выбор тары для транспортировании данной тепловой трубы, либо приводит к необходимости подбирать размеры секций корпуса при проектировании и изготовлении трубы, ориентируясь на доступные тару и транспортные средства. Кроме того, недостатком этой гравитационной тепловой трубы, как и труб по патентам [1], [2], является невысокая интенсивность теплосъема с охлаждаемого участка, что приводит к необходимости увеличивать число труб для обеспечения требуемого теплового режима охлаждаемого объекта.However, the presence in the heat pipe of bellows and cases installed on them structurally complicates it, increases the cost and reduces operational reliability. The dimensions of the sections of the body, between which the inserts are installed in the form of bellows, are fixed, which imposes restrictions on the choice of containers for transporting this heat pipe, or leads to the need to select the dimensions of the sections of the body when designing and manufacturing the pipe, focusing on the available containers and vehicles. In addition, the disadvantage of this gravitational heat pipe, as well as pipes according to the patents [1], [2], is the low intensity of heat removal from the cooled section, which leads to the need to increase the number of pipes to provide the required thermal regime of the cooled object.

Известная гравитационная тепловая труба по патенту [3] наиболее близка к предлагаемой.Known gravitational heat pipe according to the patent [3] is closest to the proposed one.

Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении тепловой эффективности гравитационной тепловой трубы и распространения области ее применения на объекты с большим локальным (на единицу площади или объема) тепловыделением. Достигаемым техническим результатом является также упрощение конструкции гравитационной тепловой трубы, повышение ее эксплуатационной надежности и обеспечение более удобного транспортирования. Ниже при раскрытии сущности предлагаемой гравитационной тепловой трубы и описании частных случаев ее выполнения будут названы и другие виды достигаемого технического результата.The technical solution according to the proposed utility model is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the thermal efficiency of the gravitational heat pipe and extending its field of application to objects with large local (per unit area or volume) heat generation. Achievable technical result is also a simplification of the design of the gravitational heat pipe, increasing its operational reliability and providing more convenient transportation. Below, when disclosing the essence of the proposed gravitational heat pipe and describing particular cases of its implementation, other types of achieved technical result will be named.

Гравитационная тепловая труба по предлагаемой полезной модели, как и наиболее близкая к ней известная тепловая труба по патенту [3], имеет герметичный корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними, выполненный с возможностью заправки теплоносителем и изогнутый в зоне испарения.The gravitational heat pipe according to the proposed utility model, as well as the closest known heat pipe according to the patent [3], has a sealed housing with evaporation, condensation and transport zones between them, made with the possibility of filling with a coolant and curved in the evaporation zone.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемой гравитационной тепловой трубе, в отличие от указанной наиболее близкой к ней известной, корпус в зоне испарения, выполнен из легкодеформируемого металла и имеет форму спирали.To achieve the specified technical result in the proposed gravitational heat pipe, in contrast to the specified closest known to it, the housing in the evaporation zone is made of easily deformable metal and has the shape of a spiral.

Спиральная форма корпуса, которая может быть получена благодаря выполнению его из легкодеформируемого металла, допускает наличие большого количества расположенных близко друг к другу участков корпуса в зоне испарения, что обеспечивает большой локальный теплосъем и позволяет использовать на объектах с большим локальным тепловыделением. При этом конкретная форма может быть придана корпусу трубы в зоне испарения непосредственно как при изготовлении, так и перед установкой трубы на объекте. Перед транспортированием трубы ее корпусу в зоне испарения также может быть придана желаемая форма, в зависимости от имеющейся тары. Эта форма не обязательно должна быть такой же, как форма в рабочем состоянии на объекте. Поэтому наряду с повышенной тепловой эффективностью труба может быть весьма компактной в транспортном состоянии. Одновременно она имеет простую конструкцию и технологична, благодаря чему более надежна.The spiral shape of the body, which can be obtained by making it of easily deformable metal, allows for the presence of a large number of body sections located close to each other in the evaporation zone, which provides large local heat removal and allows use in facilities with large local heat generation. In this case, a specific shape can be given to the pipe body in the evaporation zone directly both during manufacture and before the installation of the pipe at the facility. Before transporting the pipe to its body in the evaporation zone, the desired shape can also be given, depending on the available packaging. This form does not have to be the same as the form in working condition at the facility. Therefore, along with increased thermal efficiency, the pipe can be very compact in the transport state. At the same time, it has a simple design and is technologically advanced, which makes it more reliable.

Технологичность изготовления трубы наиболее высока, когда весь ее корпус (а не только в зоне испарения) выполнен из легкодеформируемого металла.The manufacturability of the pipe is highest when its entire body (and not just in the evaporation zone) is made of easily deformable metal.

Спираль, в форме которой выполнен корпус в зоне испарения, может быть, в частности, с концентрическими витками, расположенными в горизонтальной плоскости, змееобразной, расположенной в горизонтальной или вертикальной плоскости, цилиндрической с вертикальной осью, конической с вертикальной осью. Разнообразие возможных реализации спиральной формы зоны испарения дополнительно расширяет область применения предлагаемой гравитационной тепловой трубы, позволяя осуществить наиболее целесообразный выбор в зависимости от конкретных условий эксплуатации.The spiral, in the form of which the housing is made in the evaporation zone, can be, in particular, with concentric coils located in a horizontal plane, serpentine, located in a horizontal or vertical plane, cylindrical with a vertical axis, conical with a vertical axis. The variety of possible implementation of the spiral shape of the evaporation zone further expands the scope of the proposed gravitational heat pipe, allowing the most appropriate choice depending on the specific operating conditions.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показаны:The proposed utility model is illustrated by drawings, which show:

- на фиг.1-4 - гравитационная тепловая труба при различных реализациях спиральной формы корпуса в зоне испарения:- figure 1-4 - gravitational heat pipe with various implementations of the spiral shape of the body in the evaporation zone:

- на фиг.1 - с концентрическими витками, расположенными в горизонтальной плоскости;- figure 1 - with concentric turns located in the horizontal plane;

- на фиг.2 - цилиндрической с вертикальной осью;- figure 2 is cylindrical with a vertical axis;

- на фиг.3 - конической с вертикальной осью;- figure 3 - conical with a vertical axis;

- на фиг.4 - змееобразной с расположением спирали в вертикальной плоскости;- figure 4 - serpentine with the location of the spiral in a vertical plane;

- на фиг.5 и фиг.6 - форма корпуса трубы в транспортном положении (два примера).- figure 5 and 6 - the shape of the pipe body in the transport position (two examples).

На всех фигурах 1 - 4 показана гравитационная тепловая труба, имеющая корпус с зоной 1 испарения, зоной 2 конденсации и расположенной между ними транспортной зоной 3. Корпус, имеющий указанные зоны, герметичен и в рабочем состоянии частично заполнен теплоносителем, (элементы, необходимые для заправки теплоносителем, на чертежах не показаны). Заправка теплоносителем может осуществляться как на предприятии-изготовителе, так и непосредственно на объекте, где будет использоваться гравитационная тепловая труба. В зоне 2 конденсации корпус имеет оребрение 6. В качестве легкодеформируемого металла для изготовления корпуса в зоне 1 испарения (или во всех трех зонах) может быть использован, например, алюминиевый сплав АД-00.In all figures 1 to 4, a gravitational heat pipe is shown having a body with an evaporation zone 1, a condensation zone 2 and a transport zone 3 located between them. The housing having these zones is sealed and in working condition is partially filled with coolant (elements necessary for refueling coolant, not shown in the drawings). Refueling can be carried out both at the manufacturer and directly at the facility where the gravitational heat pipe will be used. In the condensation zone 2, the casing has a fins 6. As an easily deformable metal for manufacturing the casing in the evaporation zone 1 (or in all three zones), for example, aluminum alloy AD-00 can be used.

Все представленные на фиг.1-4 частные случаи выполнения спиралевидной формы корпуса в зоне 1 испарения характеризуются близким расположением соседних витков, что позволяет увеличить площадь теплообменной поверхности в единице объема охлаждаемой среды и получить большой локальный теплосъем, то есть увеличить тепловую эффективность гравитационной тепловой трубы.All presented in Figs. 1-4, particular cases of the spiral shape of the body in the evaporation zone 1 are characterized by the proximity of adjacent turns, which allows to increase the heat exchange surface area per unit volume of the cooled medium and to obtain a large local heat removal, i.e. to increase the thermal efficiency of the gravitational heat pipe.

В процессе работы предлагаемой гравитационной тепловой трубы при температуре в зоне 2 конденсации ниже температуры в зоне 1 испарения происходит более интенсивная конденсация паров теплоносителя в зоне 2 конденсации, жидкая фаза 4 теплоносителя под действием силы тяжести стекает по участку корпуса, являющемуся транспортной зоной 3, в зону 1 испарения. На выносках I чертежей фиг.1 - фиг.4 показано в укрупненном масштабе поперечное сечение 5 корпуса в зоне испарения. В этой зоне жидкая фаза 4 занимает нижнюю часть просвета корпуса, поскольку витки спиралевидного корпуса в зоне 1 испарения либо горизонтальны (фиг.1), либо имеют наклон к горизонту (фиг.2 - фиг.4). Пар, образующийся в зоне испарения, под действием перепада давления движется в верхней части 7 просвета корпуса по спирали к транспортной зоне 3 и далее - в зону 2 конденсации, после чего цикл повторяется. Переносимое теплоносителем тепло из зоны 1 испарения в зону 2 конденсации выделяется в окружающую среду в зоне конденсации, снабженной радиатором в виде оребрения 6.During the operation of the proposed gravitational heat pipe at a temperature in the condensation zone 2 below the temperature in the evaporation zone 1, more intense condensation of the heat carrier vapor occurs in the condensation zone 2, the liquid phase 4 of the heat carrier flows under the action of gravity along the body portion, which is the transport zone 3, into the zone 1 evaporation. On callouts I drawings of Fig.1 - Fig.4 shows in an enlarged scale a cross section 5 of the housing in the evaporation zone. In this zone, the liquid phase 4 occupies the lower part of the lumen of the housing, since the turns of the spiral-shaped housing in the evaporation zone 1 are either horizontal (Fig. 1) or have an inclination to the horizon (Fig. 2 - Fig. 4). The steam generated in the evaporation zone, under the action of a pressure differential, moves in the upper part 7 of the body lumen in a spiral to the transport zone 3 and then to the condensation zone 2, after which the cycle repeats. The heat transferred by the heat carrier from the evaporation zone 1 to the condensation zone 2 is released into the environment in the condensation zone equipped with a radiator in the form of fins 6.

Конструкция трубы с цилиндрическим спиралевидным корпусом в зоне 1 испарения (фиг.2) может быть применена для термостабилизации грунта вокруг свай и опор линии электропередачи с тем, чтобы обеспечить их устойчивость, например, на пучинистых грунтах в районах распространения вечной мерзлоты. Спиралевидную часть корпуса размещают вокруг нижней части сваи или железобетонной опоры. Благодаря высокой тепловой эффективности вокруг сваи или опоры намораживается большой объем грунта, что позволяет сохранить грунт в мерзлом состоянии до конца лета. Аналогично может быть использована конструкция трубы с коническим спиралевидным корпусом в зоне 1 испарения при небольшом угле при вершине конуса (фиг.3).The design of the pipe with a cylindrical spiral body in the evaporation zone 1 (Fig. 2) can be used for thermal stabilization of soil around piles and power line supports in order to ensure their stability, for example, on heaving soils in permafrost areas. The spiral part of the body is placed around the bottom of the pile or reinforced concrete support. Due to the high thermal efficiency, a large volume of soil is frozen around the pile or support, which allows you to keep the soil in a frozen state until the end of summer. Similarly, the design of the pipe with a conical spiral-shaped casing in the evaporation zone 1 at a small angle at the apex of the cone can be used (Fig. 3).

В показанном на фиг.1 случае упомянутая горизонтальность плоскости размещения витков спирали должна быть выдержана достаточно точно, чтобы жидкая фаза 4 теплоносителя заполняла нижнюю часть просвета корпуса в зоне 1 испарения. В этом отношении, если необходимо охлаждение вблизи некоторой горизонтальной плоскости в толще грунта, предпочтительно вместо трубы по фиг.1 использовать трубу с конической зоной 1 испарения, аналогичную изображенной фиг.3, но с большом (близким к 180°) углом при вершине конуса.In the case shown in FIG. 1, the said horizontal plane of the arrangement of the turns of the spiral must be maintained precisely enough so that the liquid phase 4 of the coolant fills the lower part of the lumen of the housing in the evaporation zone 1. In this regard, if cooling is required near a horizontal plane in the soil, it is preferable to use a pipe with a conical evaporation zone 1 instead of the pipe of FIG. 1, similar to that shown in FIG. 3, but with a large (close to 180 °) angle at the apex of the cone.

Трубу по фиг.4 целесообразно использовать, когда необходимо охлаждение вблизи некоторой вертикальной плоскости в толще грунта.The pipe according to figure 4, it is advisable to use when it is necessary to cool near a vertical plane in the thickness of the soil.

То обстоятельство, что для изготовления корпуса предлагаемой гравитационной тепловой трубы (по меньшей мере, в зоне испарения) используется легкодеформируемый металл (это необходимо для придания корпусу спиралевидной формы), одновременно облегчает транспортирование трубы, поскольку корпус легко может быть деформирован для размещения в подходящей таре. Например, на фиг.5 показано, какая форма может быть придана при транспортирования корпусу трубы по фиг.1, а на фиг.6 - корпусу трубы по фиг.4.The fact that the body of the proposed gravitational heat pipe (at least in the evaporation zone) uses a easily deformable metal (this is necessary to give the body a spiral shape), at the same time facilitates the transportation of the pipe, since the body can easily be deformed for placement in a suitable container. For example, figure 5 shows what shape can be given when transporting the pipe body of figure 1, and figure 6 - pipe body of figure 4.

Предлагаемая гравитационная тепловая труба может быть использована как средство замораживания грунта и может найти применение при строительстве фундаментов и оснований различных сооружений, возводимых в районах распространения вечной мерзлоты.The proposed gravitational heat pipe can be used as a means of freezing soil and can find application in the construction of foundations and foundations of various structures erected in areas of permafrost.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Российской Федерации на изобретение №2327940, опубл. 27.06.2008.1. Patent of the Russian Federation for the invention No. 2327940, publ. 06/27/2008.

2. Патент Российской Федерации на полезную модель №68108, опубл. 10.11.2007.2. Patent of the Russian Federation for utility model No. 68108, publ. 11/10/2007.

3. Патент Российской Федерации на изобретение №2387937, опубл. 27.04.2010.3. Patent of the Russian Federation for the invention No. 2387937, publ. 04/27/2010.

Claims

1. Gravity heat pipe containing a sealed housing with zones of evaporation, condensation and a transport zone between them, made with the possibility of filling with a coolant and curved in the evaporation zone, characterized in that the housing in the evaporation zone is made of easily deformable metal and has a spiral shape.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that the casing in the transport zone and the condensation zone is made of the same metal as in the evaporation zone.

3. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone has concentric turns located in a horizontal plane.

4. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the casing of a spiral shape in the evaporation zone is made serpentine and has turns located in a vertical plane.

5. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone is made in the form of a cylindrical spiral with a vertical axis.

6. The pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped body in the evaporation zone is made in the form of a conical spiral with a vertical axis.