RU2182301C1

RU2182301C1 - Thermal siphon

Info

Publication number: RU2182301C1
Application number: RU2000123411/06A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Хвоинский; С.В. Толстенев; ев В.Е. Гор; В.Е. Горяев; нска Л.А. Буд; Л.А. Будянская
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: invention can find use for heating and thermal stabilization of ground in construction, agriculture and some other fields. Thermal siphon is made of tubes placed one into another with clearance which form external and internal working chambers communicating through spaces in its upper and lower parts and separators of flow of liquid heat-transfer agent. Separators of flow of liquid heat-transfer agent come in the form of cone-shaped rings anchored on walls of tubes inside working chambers. Generating lines of rings in external chamber are directed upwards from walls of tubes and generating lines of rings in internal chamber are directed downwards. EFFECT: enhanced thermal efficiency of operation of thermal siphon. 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для прогрева и термостабилизации грунтов в строительстве, сельском хозяйстве и других областях. The invention relates to heat engineering and can be used for heating and thermal stabilization of soils in construction, agriculture and other fields.

Известен термосифон, состоящий из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих рабочие камеры (Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение. 1985, с.22, рис. 2.1 в. ). Недостатком данного устройства является то, что оно неэффективно при использовании низкотемпературных теплоносителей, например, подмерзлотной зоны грунта в качестве источника теплоты. В этом устройстве тепловые флуктуации, возникающие в жидком теплоносителе, гасятся между винтовыми поверхностями. The thermosiphon is known, consisting of pipes arranged one in another with a gap, forming working chambers (Makarov V.I. Thermosiphons in northern construction. Novosibirsk, Nauka. Siberian Branch. 1985, p.22, Fig. 2.1 c.). The disadvantage of this device is that it is ineffective when using low-temperature coolants, for example, the sub-permafrost zone of the soil as a heat source. In this device, thermal fluctuations that occur in the liquid coolant are damped between the screw surfaces.

Наиболее близким по своей технической сущности является термосифон, состоящий из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры и разделителей потока жидкого теплоносителя (Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение. 1985, стр. 149, рис. 6.2). The closest in technical essence is a thermosiphon, consisting of pipes arranged one in another with a gap, forming external and internal working chambers and separators of the flow of liquid coolant connected by cavities in its upper and lower parts (Makarov V.I. Thermosiphons in northern construction Novosibirsk, Science, Siberian Branch. 1985, p. 149, Fig. 6.2).

Недостатком данного технического решения является то, что возникающие у стенок труб тепловые флуктуации (импульсно-объемное расширение) в рабочей жидкости вызывают в ней завихрения и последующее смешение восходящего и нисходящего потоков по всей длине рабочих камер. В связи с этим снижена тепловая эффективность термосифона и ограничена длина его рабочей части. The disadvantage of this technical solution is that the thermal fluctuations that occur at the pipe walls (pulse-volume expansion) in the working fluid cause turbulence in it and the subsequent mixing of the ascending and descending flows along the entire length of the working chambers. In this regard, the thermal efficiency of the thermosiphon is reduced and the length of its working part is limited.

Задачей настоящего изобретения является повышение тепловой эффективности работы термосифона. The objective of the present invention is to increase the thermal efficiency of the thermosiphon.

Настоящая задача решается тем, что в термосифоне, состоящем из расположенных одна в другой с зазором труб, образующих связанные между собой полостями в его верхней и нижней части внешнюю и внутреннюю рабочие камеры и разделителей потока жидкого теплоносителя, разделители потока рабочей жидкости выполнены в виде конусообразных колец, установленных на стенках труб внутри рабочих камер, причем образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз. This problem is solved in that in a thermosiphon, consisting of pipes arranged one in another with a gap, forming external and internal working chambers and separators of the flow of liquid coolant connected to each other by cavities in its upper and lower parts, the separators of the flow of working fluid are made in the form of cone-shaped rings mounted on the walls of the pipes inside the working chambers, moreover, the forming rings in the outer chamber are directed upward from the walls of the pipes, and downward in the inner chamber.

Новизна данного технического решения заключается в том, что для повышения тепловой эффективности термосифона разделители (жидкого теплоносителя) установлены на внешних стенках труб и выполнены в виде конусообразных колец. При этом образующие колец во внешней камере направлены вверх от стенок труб, а во внутренней камере - вниз. The novelty of this technical solution lies in the fact that to increase the thermal efficiency of the thermosiphon, separators (liquid coolant) are installed on the outer walls of the pipes and are made in the form of cone-shaped rings. In this case, the ring generators in the outer chamber are directed upward from the walls of the pipes, and in the inner chamber - downward.

Это техническое решение позволяет решать поставленную задачу повышения тепловой эффективности термосифона. This technical solution allows us to solve the problem of increasing the thermal efficiency of the thermosiphon.

На фиг.1 дана схема термосифона; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 дан элемент внешней рабочей камеры (узел В). Figure 1 is a diagram of a thermosiphon; figure 2 is a section along aa; figure 3 is given an element of the external working chamber (node B).

Устройство состоит из двух коаксиально установленных внешней 1 и внутренней 2 труб, образующих внешнюю рабочую камеру 3 и внутреннюю рабочую камеру 4. На стенках труб рабочей камеры 3 установлены разделители жидкого теплоносителя 5 и 6. Во внутренней рабочей камере 4 установлены разделители жидкого теплоносителя 7. Разделители жидкого теплоносителя 5, 6, 7 выполнены в виде конусообразных колец 8, 9 и 10. Образующие 11 и 12 колец 8 и 9 в рабочей камере 3 направлены вверх. Образующие 13 колец 10 камеры 4 направлены вниз. В верхней части термосифона камера 3 связана с камерой 4 полостью 14, а в нижней - полостью 15. The device consists of two coaxially installed external 1 and internal 2 pipes forming an external working chamber 3 and an internal working chamber 4. On the walls of the pipes of the working chamber 3 are installed liquid heat separators 5 and 6. In the internal working chamber 4 are installed liquid heat separators 7. Separators the liquid heat carrier 5, 6, 7 are made in the form of cone-shaped rings 8, 9 and 10. The generatrices 11 and 12 of the rings 8 and 9 in the working chamber 3 are directed upward. Generating 13 rings 10 of the chamber 4 are directed downward. In the upper part of the thermosiphon, chamber 3 is connected to chamber 4 by a cavity 14, and in the lower, by a cavity 15.

Термосифон может быть установлен в промерзающем грунте 16 и подмерзлотной зоне 17. Thermosiphon can be installed in the freezing soil 16 and the permafrost zone 17.

Работа термосифона осуществляется следующим образом. При нагреве наружной трубы 1 теплотой грунта подмерзлотной зоны 17 в жидком теплоносителе рабочей камеры 3 возникают периодические тепловые флуктуации, сопровождающиеся скачком давления, увеличением скорости движения молекул жидкого теплоносителя с последующим снижением его плотности. Тепловые флуктуации, возникающие у стенок труб 1,2 рабочей камеры 3, ограничены пространством между кольцами 8 и 9, образующие которых направлены вверх (фиг.3). Эта особенность устройства способствует движению жидкого теплоносителя в рабочей камере 3 вверх. При этом импульсы давления и завихрения жидкого теплоносителя направленные вниз, гасятся в пространстве между трубами 1,2 и нижележащими кольцами 5 и 6. The operation of the thermosiphon is as follows. When the outer pipe 1 is heated by the heat of the soil of the sub-permafrost zone 17, periodic thermal fluctuations occur in the liquid coolant of the working chamber 3, accompanied by a pressure jump, an increase in the velocity of the molecules of the liquid coolant, followed by a decrease in its density. Thermal fluctuations that occur at the walls of the pipes 1,2 of the working chamber 3 are limited by the space between the rings 8 and 9, the generatrices of which are directed upwards (Fig. 3). This feature of the device promotes the movement of the liquid coolant in the working chamber 3 up. In this case, the pressure pulses and turbulence of the liquid coolant directed downward are quenched in the space between the pipes 1,2 and the underlying rings 5 and 6.

В зоне промерзания грунта осуществляется охлаждение жидкого теплоносителя. При этом импульсы падения давления в теплоносителе (пространстве) между кольцами 8 и 9 способствуют подъему нижележащих слоев теплоносителя, а вертикальная составляющая импульсов давления, способствующая оттоку вышележащих слоев теплоносителя вниз, гасится также в пространстве между трубами 1, 2 и кольцами 8, 9. In the freezing zone of the soil, the cooling fluid is cooled. In this case, the pressure drop pulses in the coolant (space) between the rings 8 and 9 contribute to the rise of the underlying coolant layers, and the vertical component of the pressure pulses, which contributes to the outflow of the overlying coolant layers down, is also suppressed in the space between the pipes 1, 2 and rings 8, 9.

Таким образом, внешняя рабочая камера 3 образует канал восходящего потока жидкого теплоносителя, который через полость 14 перетекает во внутреннюю рабочую камеру 4. Дальнейшее охлаждение и объемное импульсное сжатие жидкого теплоносителя в верхней части камеры 4 за счет конусообразных колец 10 с образующими 13, направленными вниз, ускоряет движение жидкого теплоносителя вниз, а вертикальные составляющие падения давления, направленные вверх, гасятся в пространстве между трубой 2 и конусообразными кольцами 10. Thus, the external working chamber 3 forms the channel of the upward flow of the liquid coolant, which flows through the cavity 14 into the inner working chamber 4. Further cooling and volumetric pulse compression of the liquid coolant in the upper part of the chamber 4 due to the conical rings 10 with the generatrices 13 directed downward, accelerates the movement of the liquid coolant down, and the vertical components of the pressure drop directed upwards are quenched in the space between the pipe 2 and the conical rings 10.

Дальнейший нагрев жидкого теплоносителя в рабочей камере 4 ускоряет ее нисходящее движение, поскольку вертикальная составляющая давления, направленная вверх, гасится в пространстве между трубой 2 и конусообразными кольцами 10. Further heating of the liquid coolant in the working chamber 4 accelerates its downward movement, since the vertical pressure component directed upwards is extinguished in the space between the pipe 2 and the conical rings 10.

Из рабочей камеры 4 через полость 15 жидкий теплоноситель перетекает в рабочую камеру 3. From the working chamber 4 through the cavity 15, the liquid coolant flows into the working chamber 3.

Из вышеизложенного видно, что противоположная направленность конусообразных колец 8, 9 и 10 во внешней 3 и внутренней 4 рабочих камерах способствует интенсификации циркуляции жидкого теплоносителя в термосифоне и повышению его тепловой эффективности. From the above it is seen that the opposite direction of the cone-shaped rings 8, 9 and 10 in the outer 3 and inner 4 working chambers contributes to the intensification of the circulation of the liquid coolant in the thermosyphon and increase its thermal efficiency.

Claims

Thermosiphon, consisting of pipes arranged one in another with a gap, forming external and internal working chambers connected by cavities in its upper and lower parts, and liquid coolant flow dividers, characterized in that the working fluid flow dividers are made in the form of cone-shaped rings installed on the walls of the pipes inside the working chambers, and the generators of the rings in the outer chamber are directed upward from the walls of the pipes, and in the inner chamber down.