RU198845U1

RU198845U1 - Adjustable thermosyphon

Info

Publication number: RU198845U1
Application number: RU2019140844U
Authority: RU
Inventors: Олег Леонидович Ташлыков; Михаил Михайлович Севастьянов; Алексей Валерьевич Куртеев; Артемий Михайлович Балдин
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-07-31

Abstract

Использование: Для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики.Сущность полезной модели: Содержит корпус с зонами испарения, транспорта и конденсации и компенсационную камеру. Компенсационная камера расположена под испарительной зоной через перегородку с отверстием. Компенсационная камера разделена поршнем на две части, одна из которых заполнена газом, а другая - рабочим телом. Испарительная зона выполнена в форме усеченного конусного диффузора. Технический результат заключается в увеличении теплопередающих характеристик за счет выполнения испарительной зоны в форме усеченного конусного диффузора, вынесения компенсационной камеры под зону испарения, введения ребер на наружной поверхности корпуса зоны конденсации, а также пассивного регулирования объёма рабочего тела в зоне испарения.Usage: For the transfer of thermal energy through vertical channels in heat power systems. The essence of the utility model: Contains a housing with zones of evaporation, transport and condensation and a compensation chamber. The compensation chamber is located under the evaporation zone through a baffle with an opening. The compensation chamber is divided by a piston into two parts, one of which is filled with gas, and the other with a working fluid. The evaporation zone is made in the form of a truncated cone diffuser. The technical result consists in increasing the heat transfer characteristics by making the evaporation zone in the form of a truncated conical diffuser, placing the compensation chamber under the evaporation zone, introducing ribs on the outer surface of the condensation zone housing, as well as passive regulation of the working fluid volume in the evaporation zone.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к теплотехнике, а именно к гравитационным тепловым трубам и служит для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики.The proposed utility model relates to heat engineering, namely, to gravitational heat pipes and is used to transfer heat energy through vertical channels in heat power systems.

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 [1]. Known device for a similar purpose, similar in application, "Adjustable heat pipe", the authors Butyrsky V. I., Makarov V.S. and others, according to USSR patent No. 926503, IPC F28D 15/00, containing a direct current electromagnet, and in the transport zone an annular chamber filled with a soft magnetic metal packing oriented along the magnetic field lines [1].

Данная «Регулируемая тепловая труба» обладает узким диапазоном регулирования, требует внешнего источника питания. This "Adjustable Heat Pipe" has a narrow control range and requires an external power supply.

Существует также патент на изобретение «Термосифон», авторов Попов А. И., Щеклеин С. Е., по патенту РФ №2646273, МПК F25B 19/7, F25D 7/00, FA28D 15/2, 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 [2].There is also a patent for the invention "Thermosiphon", authors A.I. Popov, S.E. Shcheklein, according to RF patent No. 2646273, IPC F25B 19/7, F25D 7/00, FA28D 15/2, containing a siphon in the form of an inverted glass above the steam line, and its lower edge is located in the liquid of the condenser body, and in the lower chamber of the evaporation zone there is an annular fine-mesh filler made of metal [2].

Недостатками данного устройства является отсутствие возможности регулирования теплопередающих характеристик термосифона.The disadvantages of this device is the lack of the ability to control the heat transfer characteristics of the thermosyphon.

Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели 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 [3].The closest prototype of the proposed utility model is the "Adjustable thermosyphon", authors MK Bologa, IK Savin. and others, according to USSR patent No. 1725059, IPC F28D 15/02, which is a thermosyphon, on the axis of which there is a compensation chamber in the form of a pipe with a perforated end in the evaporation zone, and an electrohydrodynamic pump, which is connected to a high voltage source [3].

Недостатками выбранного прототипа являются низкая термодинамическая эффективность в связи с чем, что компенсационная камера занимает полезный объём транспортной зоны, а зона испарения имеет малую площадь подвода тепла, кроме того прототип имеет узкий диапазон регулирования теплопередающих характеристик, требует регулируемый источник высокого напряжения.The disadvantages of the selected prototype are low thermodynamic efficiency in connection with which the compensation chamber occupies the useful volume of the transport zone, and the evaporation zone has a small heat supply area, in addition, the prototype has a narrow range of heat transfer characteristics regulation, requires an adjustable high voltage source.

Задачей предлагаемой полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков и создание регулируемого термосифона.The task of the proposed utility model is to eliminate the above disadvantages and create an adjustable thermosyphon.

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:The technical result of the proposed solution is as follows:

- увеличение теплопередающих характеристик термосифона за счет вынесения компенсационной камеры под зону испарения;- an increase in the heat transfer characteristics of the thermosyphon by placing the compensation chamber under the evaporation zone;

- увеличение теплопередающих характеристик термосифона за счет выполнения испарительной зоны в форме усеченного конусного диффузора для увеличения площади подвода тепла и испарительной поверхности;- an increase in the heat transfer characteristics of the thermosyphon due to the implementation of the evaporating zone in the form of a truncated conical diffuser to increase the area of heat supply and the evaporating surface;

- увеличение теплопередающих характеристик термосифона за счет дополнительного введения ребер на наружной поверхности корпуса зоны конденсации;- an increase in the heat transfer characteristics of the thermosyphon due to the additional introduction of ribs on the outer surface of the housing of the condensation zone;

- увеличение теплопередающих характеристик термосифона за счет пассивного регулирования объёма рабочего тела в зоне испарения [4] (С. Чи Тепловые трубы теория и практика, пер. с англ. В. Я. Сидорова – М.: Машиностроение, 1981. С. 106); - an increase in the heat transfer characteristics of a thermosyphon due to passive regulation of the volume of the working fluid in the evaporation zone [4] (S. Chi Heat pipes theory and practice, translated from English by V. Ya. Sidorov - M .: Mashinostroenie, 1981. P. 106) ;

Технический результат достигается за счет того, что в термосифоне, содержащем корпус с зонами испарения, транспорта и конденсации и компенсационную камеру, компенсационная камера расположена под испарительной зоной через перегородку с отверстием, причем сама компенсационная камера разделена на две части поршнем, одна из которых заполнена газом, а другая рабочим телом, кроме того зона испарения выполнена в форме усеченного конусного диффузора, а на наружной поверхности корпуса в зоне конденсации дополнительно установлены охлаждающие ребра.The technical result is achieved due to the fact that in a thermosyphon containing a housing with zones of evaporation, transport and condensation and a compensation chamber, a compensation chamber is located under the evaporation zone through a partition with an opening, and the compensation chamber itself is divided into two parts by a piston, one of which is filled with gas , and the other with a working fluid, in addition, the evaporation zone is made in the form of a truncated conical diffuser, and cooling fins are additionally installed on the outer surface of the housing in the condensation zone.

На чертеже изображен «Регулируемый термосифон», содержащий, корпус 1 с компенсационной камерой 2, испарительной зоны 3 «+Q» в виде обечайки в форме усеченного конуса, транспортной зоны 4 и верхней конденсирующей «-Q» зоной 5. Для интенсификации отвода тепла с наружной стороны корпуса зоны конденсации 5 дополнительно введены ребра 6. Испарительная зона частично заполнена рабочим телом 7. Компенсационная камера разделяется на две части поршнем 8: верхнюю 9, заполненную рабочим телом и нижнюю 10, заполненную газом с высоким коэффициентом теплового расширения. Верхняя часть компенсационной камеры и испарительная зона соединены перегородкой с отверстием 11. Наружная сторона верхней части компенсационной камеры покрыта оболочкой 12, выполненной из материала с низкой теплопроводностью. The drawing shows an "Adjustable thermosyphon" containing, a housing 1 with a compensation chamber 2, an evaporating zone 3 "+ Q" in the form of a shell in the form of a truncated cone, a transport zone 4 and an upper condensing "-Q" zone 5. To intensify heat removal from On the outer side of the housing of the condensation zone 5, ribs 6 are additionally introduced. The evaporation zone is partially filled with the working fluid 7. The compensation chamber is divided into two parts by the piston 8: the upper 9 filled with the working fluid and the lower 10 filled with gas with a high coefficient of thermal expansion. The upper part of the compensation chamber and the evaporation zone are connected by a partition with an opening 11. The outer side of the upper part of the compensation chamber is covered with a shell 12 made of a material with low thermal conductivity.

«Регулируемый термосифон» работает следующим образом. "Adjustable thermosyphon" works as follows.

При нагреве «+Q» испарительной зоны 3 до кипения рабочего тела, его пары поступают по транспортной зоне 4 в верхнюю конденсирующую зону 5. Для согласования диаметров зоны испарения 3 и зоны конденсации 5 транспортная зона 4 выполнена в форме усеченного конусного конфузора. Пар конденсируется на стенках конденсирующей зоны 5, отдавая теплоту «-Q», затем рабочее тело стекает по стенкам транспортной зоны 4 в испарительную зону 3. Испарительная зона 3 выполнена в форме усеченного конусного диффузора, что усиливает пленочное испарение за счет значительной испарительной поверхности, а также увеличивает интенсивность передачи рабочему телу внешней тепловой энергии за счет увеличенной площади боковой поверхности.When heating "+ Q" of the evaporating zone 3 to the boiling point of the working fluid, its vapors are fed through the transport zone 4 to the upper condensing zone 5. To match the diameters of the evaporation zone 3 and the condensation zone 5, the transport zone 4 is made in the form of a truncated conical confuser. The vapor condenses on the walls of the condensing zone 5, giving off heat "-Q", then the working fluid flows down the walls of the transport zone 4 into the evaporation zone 3. The evaporation zone 3 is made in the form of a truncated cone diffuser, which enhances film evaporation due to a significant evaporation surface, and also increases the intensity of the transfer of external thermal energy to the working fluid due to the increased lateral surface area.

При увеличении внешней подводимой теплоты, с ростом температуры газ в нижней части компенсационной камеры 10 расширяется, сдвигая поршень 8 в верхнюю часть 9 компенсационной камеры. Поршень 8 выталкивает рабочее тело из верней части компенсационной камеры 9 в испарительную зону 3 через отверстие 11. При этом увеличивается уровень и площадь свободной поверхности теплоносителя в испарительной зоне 3 и, как следствие, происходит улучшение теплопередающих характеристик термосифона. Оболочка 12, выполненная из материала с низкой теплопроводностью, что исключает кипение рабочего тела в верхней части компенсационной камеры 9. With an increase in external heat input, as the temperature rises, the gas in the lower part of the compensation chamber 10 expands, moving the piston 8 into the upper part 9 of the compensation chamber. The piston 8 pushes the working fluid from the upper part of the compensation chamber 9 into the evaporation zone 3 through the hole 11. This increases the level and area of the free surface of the coolant in the evaporation zone 3 and, as a consequence, improves the heat transfer characteristics of the thermosyphon. Shell 12, made of a material with low thermal conductivity, which excludes boiling of the working fluid in the upper part of the compensation chamber 9.

При уменьшении внешней подводимой теплоты, объём газа в нижней компенсационной камеры 10 уменьшается, всасывая поршень 8 в нижнюю часть компенсационной камеры 10. Уровень и площадь свободной поверхности рабочего тела в испарительной зоне 3 уменьшаются до расчетного уровня.With a decrease in external heat input, the volume of gas in the lower compensation chamber 10 decreases, sucking the piston 8 into the lower part of the compensation chamber 10. The level and area of the free surface of the working fluid in the evaporation zone 3 decrease to the design level.

Таким образом, регулируемый термосифон 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.Thus, an adjustable thermosyphon provides an efficient transfer of thermal energy in a wide range of thermal regimes and can be used in industrial power engineering, namely in heat exchangers and cooling systems of nuclear power plants.

Источники информацииSources of information

1. Патент № 926503 СССР, МПК F28D 15/00. Регулируемая тепловая труба. Бутырский В. И., Макаров В.C., Проценко В. П., Репин Д. И.- №2890112/24-06; заявл. 04.03.1980; опубл. 07.05.82 (аналог).1. Patent No. 926503 USSR, IPC F28D 15/00. Adjustable heat pipe. Butyrskiy V.I., Makarov V.S., Protsenko V.P., Repin D.I. - No. 2890112 / 24-06; declared 03/04/1980; publ. 05/07/82 (analogue).

2. Патент № 2646273 РФ, МПК F25B 19/7, F25D 7/00, F28D 15/2. Термосифон. Попов А. И., Щеклеин С. Е. - №2017116280; заявл. 10.0.2017; опубл. 20.03.2018 (аналог).2. Patent No. 2646273 RF, IPC F25B 19/7, F25D 7/00, F28D 15/2. Thermosiphon. Popov A.I., Shcheklein S.E. - No. 2017116280; declared 10.0.2017; publ. 03/20/2018 (analogue).

3. Патент № 1725059 СССР, МПК F28D 15/02. Регулируемый термосифон. Болога М. К., Савин И.К., Дурнеску Р. С., Коровкин В. П. – 4816354/06; заявл. 20.02.1990; опубл. 07.04.1992 (прототип).3. Patent No. 1725059 USSR, IPC F28D 15/02. Adjustable thermosyphon. Bologa M.K., Savin I.K., Durnescu R.S., Korovkin V.P. - 4816354/06; declared 02/20/1990; publ. 04/07/1992 (prototype).

4. С. Чи Тепловые трубы теория и практика, пер. с англ. В. Я. Сидорова – М.: Машиностроение, 1981– 106 с.4. S. Chi Heat pipes theory and practice, trans. from English. V. Ya. Sidorova - M .: Mashinostroenie, 1981– 106 p.

Claims

An adjustable thermosyphon containing a housing with zones of evaporation, transport and condensation and a compensation chamber, characterized in that the compensation chamber is located under the evaporation zone through a baffle with an opening, the evaporation zone is made in the form of a truncated cone diffuser, while an additionally introduced piston divides the compensation chamber into two parts, one of which is filled with gas, and the other with a working fluid.