RU175458U1 - Двухфазный термосифон - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем в закрытых трубах, проходящих внутри стенок или через стенки каналов, в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, и может быть использована в системе отопления, тепловых насосах и др. Устройство содержит цельный корпус, состоящий их двух соосно расположенных вертикальных цилиндрических камер, верхней и нижней, с образованием снаружи в месте их соединения кольцевой площадки. Диаметр нижней камеры больше диаметра верхней камеры. В нижней камере, заполненной жидкостью, размещена воронка, узкая часть которой соединена с паропроводом в форме витой трубы, расположенной в верхней камере. На внутренней поверхности витой трубы по всей ее длине выполнен прямоугольный выступ. На внутренней верхней поверхности корпуса выполнены одинаковые, равномерно расположенные, прямоугольные выступы, на которых образуются капли конденсата. Бортовая часть воронки соединена с внутренними боковыми поверхностями нижней камеры и выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями для перетока жидкости. Часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне. В нижней камере, выше уровня заполняющей ее жидкости, расположен выпускной клапан, через который часть воздуха удаляется из термосифона. Корпус и прямоугольные выступы на его внутренней верхней поверхности выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Технический результат: повышение эффективности передачи тепла от охлаждаемой части к нагреваемому участку путем интенсификации теплообмена в зоне конденсации. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем в закрытых трубах, проходящих внутри стенок или через стенки каналов, в которых теплоноситель конденсируется и испаряется, и может быть использована в системе отопления, тепловых насосах и др.

Известен термосифон [RU 2373473 С1, МПК F28D 15/02 (2006.01), опубл. 20.11.2009], 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. 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.

Недостатком этого устройства является унос капель жидкой фазы с паром в зону конденсации, что приводит к утолщению пленки жидкости на поверхности верхней камеры термосифона.

Известна тепловая труба [SU 1052828 А2, МПК F28D 15/02, опубл. 07.11.1983], которая представляет собой вертикальный корпус, частично заполненный теплоносителем, с зонами испарения и конденсации и коаксиальную вставку, размещенную внутри корпуса, с образованием в зоне испарения кольцевого канала. Верхний торец вставки выполнен с отбортовкой, плотно прилегающей к стенке корпуса и имеющей на закругленной поверхности сквозные отверстия для отвода образовавшихся в кольцевом канале паров теплоносителя в сторону зоны испарения. Внутри вставки установлен сепаратор, расположенный ниже отверстий.

Недостатком такого устройства является отсутствие клапана для сбрасывания части воздуха наружу и области для скапливания неконденсирующихся примесей, что значительно ухудшает интенсивность конденсации.

Наиболее близким, принятым за прототип, является двухфазный термосифон [RU 157300 U1, МПК F28D 15/00 (2006.01), опубл. 27.11.2015], содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой верхней и нижней камер. Корпус выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой с паропроводом для транспортировки пара. Узкая часть воронки соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена прямоугольным выступом. Бортовая часть воронки выполнена с отверстиями, равномерно расположенными по окружности. Охлаждаемая поверхность верхней камеры является конденсатором. 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.

Недостатком двухфазного термосифона является низкая интенсивность теплообмена, что обусловлено пленочной конденсацией в верхней камере термосифона.

Полезная модель направлена на повышение интенсивности теплообмена в зоне конденсации двухфазного термосифона.

Предложенный двухфазный термосифон, так же как в прототипе, содержит корпус из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, состоящий из двух соединенных между собой верхней и нижней камер, при этом рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой, узкая часть которой соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена прямоугольным выступом, а бортовая часть воронки выполнена с отверстиями, равномерно расположенными по окружности, конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и других газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, причем в нижней камере установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу.

Согласно полезной модели верхняя внутренняя поверхность корпуса снабжена одинаковыми, равномерно расположенными, прямоугольными выступами, выполненными из того же материала, что и корпус.

На выступах происходит капельная конденсация пара, за счет чего достигается интенсификация теплообмена в зоне конденсации.

На фиг. 1 представлена конструкция двухфазного термосифона.

На фиг. 2 показан узел А.

Двухфазный термосифон содержит цельный корпус 1 (фиг. 1) в виде соединенных между собой верхней 2 и нижней 3 соосно расположенных вертикальных цилиндрических камер с образованием снаружи в месте их соединения кольцевой площадки. Диаметр нижней камеры больше диаметра верхней камеры. В нижней камере 3, заполненной жидкостью, например, раствором этилового спирта, размещена воронка 4, узкая часть которой соединена с паропроводом 5 в форме витой трубы, расположенной в верхней камере 2. На внутренней поверхности витой трубы 5 по всей ее длине выполнен прямоугольный выступ 6. На внутренней верхней поверхности корпуса 1 выполнены одинаковые, равномерно расположенные, прямоугольные выступы 7 (фиг. 2). Бортовая часть воронки 4 соединена с внутренними боковыми поверхностями нижней камеры 3 и выполнена с равномерно расположенными по окружности отверстиями 8. В нижней камере 3, выше уровня заполняющей ее жидкости, расположен выпускной клапан 9.

Корпус 1 и прямоугольные выступы 7 на его внутренней верхней поверхности выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности (нержавеющая сталь, медь, латунь). Ширина каждого выступа составляет 5 мкм, его высота - 30 мкм. Ширина паза между выступами - 30 мкм.

Двухфазный термосифон работает следующим образом.

При установке двухфазного термосифона, например, на силовой трансформатор, подвод тепла происходит через дно нижней камеры 3, при этом осуществляется тепло- и массоперенос с изменением агрегатного состояния теплоносителя - жидкости. Так как плотности теплоносителя в зонах испарения и конденсации различны, то эта разность в значении плотностей теплоносителя создает движущийся напор под действием сил гравитации, создавая естественную циркуляцию в контуре термосифона. Парожидкостная смесь, образованная при кипении жидкости в нижней камере 3, собирается в воронку 4 и проходит по паропроводу в форме витой трубы 5 в верхнюю камеру 2, вытесняя воздух, при этом давление в термосифоне повышается. Капли жидкости задерживаются прямоугольным выступом 6, расположенным на внутренней поверхности витой трубы 5. Далее пар направляется на одинаковые, равномерно расположенные, прямоугольные выступы 7 на внутренней верхней поверхности корпуса 1. Происходит капельная конденсация пара, при которой капли 10 располагаются на выступах 7, а пар непосредственно контактирует с верхней стенкой зоны конденсации, при этом интенсивность теплообмена в зоне конденсации повышается, а давление в контуре снижается. Конденсат стекает вниз в зону испарения по стенкам корпуса 1 верхней камеры 2, при этом возвращение рабочей жидкости в нижнюю камеру 3 осуществляется через отверстия 8 в бортовой части воронки 4. Несконденсированные пары и большая часть воздуха скапливается в нижней камере 3. С увеличением нагрева дна нижней камеры 3 давление в системе достигает значения, при котором срабатывает установленный в нижней камере 3 выпускной клапан 9 и часть воздуха удаляется из термосифона.

Claims (1)

1. Двухфазный термосифон, содержащий корпус из меди, состоящий из двух соосных вертикальных цилиндрических камер, верхней и нижней, при этом рабочий объем нижней камеры заполнен жидкостью и перегорожен воронкой, узкая часть которой соединена с паропроводом в форме витой трубы, внутренняя поверхность которой по всей длине снабжена выступом, а бортовая часть воронки выполнена с отверстиями, равномерно расположенными по окружности, конденсатором является охлаждаемая поверхность верхней камеры, часть нижней камеры отведена для аккумулирования воздуха и газообразных примесей, изначально содержащихся в термосифоне, причем на верхней торцевой части нижней камеры установлен клапан для сбрасывания части воздуха наружу, отличающийся тем, что верхняя внутренняя поверхность корпуса снабжена одинаковыми, равномерно расположенными, прямоугольными выступами для капельной конденсации пара, причем выступы выполнены из того же материала, что и корпус.

Images